FR3132394A3 - Fuel cell membrane-electrode assembly, method of manufacturing such an assembly and fuel cell comprising at least one such assembly - Google Patents

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Abstract

TITRE : Assemblage membrane-électrode pour pile à combustible, procédé de fabrication d’un tel assemblage et pile à combustible comprenant au moins un tel assemblage Cet assemblage membrane-électrode (2) de pile à combustible comprend une membrane (22, 25), un cadre (30) supportant la membrane au moins une couche de diffusion (28) recouvrant la membrane et une partie du cadre. Le cadre comprend un premier demi-cadre (32) et un deuxième demi-cadre (34) supportant la membrane et disposé sur deux côtés opposés de la membrane. Au moins le deuxième demi-cadre est enduit, sur une surface (S34) en regard du premier demi-cadre, d’une couche de colle. Des premiers orifices (42) aménagés à travers le premier demi-cadre (32) sont disposés en regard de la couche de diffusion (28), selon une direction (A30) perpendiculaire à un plan principal de la membrane (π22). La couche de diffusion (28) est solidarisée au cadre (30) par une quantité (Q2) de colle qui s’étend à travers les premiers orifices (42) et qui provient de la colle enduite sur la surface en regard (S34) du deuxième demi-cadre (34). Figure pour l'abrégé : 3TITLE: Membrane-electrode assembly for a fuel cell, method of manufacturing such an assembly and fuel cell comprising at least one such assembly This membrane-electrode assembly (2) of a fuel cell comprises a membrane (22, 25), a frame (30) supporting the membrane at least one diffusion layer (28) covering the membrane and part of the frame. The frame includes a first half-frame (32) and a second half-frame (34) supporting the membrane and disposed on two opposite sides of the membrane. At least the second half-frame is coated, on a surface (S34) facing the first half-frame, with a layer of glue. First orifices (42) arranged through the first half-frame (32) are arranged facing the diffusion layer (28), in a direction (A30) perpendicular to a main plane of the membrane (π22). The diffusion layer (28) is secured to the frame (30) by a quantity (Q2) of glue which extends through the first holes (42) and which comes from the glue coated on the facing surface (S34) of the second half-frame (34). Figure for abstract: 3

Description

Assemblage membrane-électrode de pile à combustible, procédé de fabrication d’un tel assemblage et pile à combustible comprenant au moins un tel assemblageFuel cell membrane-electrode assembly, method of manufacturing such an assembly and fuel cell comprising at least one such assembly

La présente invention concerne un assemblage membrane-électrode de pile à combustible. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un assemblage membrane-électrode de pile à combustible, ainsi qu’une pile à combustible comprenant au moins un tel assemblage membrane-électrode.The present invention relates to a fuel cell membrane-electrode assembly. The invention also relates to a method for manufacturing a fuel cell membrane-electrode assembly, as well as a fuel cell comprising at least one such membrane-electrode assembly.

Dans le domaine des piles à combustible, il est connu d’insérer un empilement de cellules électrochimiques entre deux plaques terminales, situées de part et d’autre de cet empilement dans une direction d’empilement, et éventuellement de disposer cet empilement dans un carter. Les cellules électrochimiques sont formées par des assemblages membrane-électrode et des plaques bipolaires. Un assemblage membrane-électrode est parfois dénommé MEA, de l’Anglais « Membrane-Electrode Assembly », et comprend généralement une membrane de base, qui peut être revêtue sur l’une ou sur ses deux faces, d’une couche catalytique comprenant un catalyseur, ainsi qu’un cadre qui supporte cette membrane. Le cadre peut comporter des ouvertures qui, dans l’empilement, définissent des galeries d’écoulement de fluide au sein de l’empilement de cellules électrochimiques pour distribution et récupération de ces fluides dans les compartiments fluidiques correspondants de chaque cellule. Ce cadre est le plus souvent associé à au moins un joint, parfois dénommé « gasket », avec lequel il assure également une fonction d’étanchéité à l’écoulement des fluides au sein de l’empilement.In the field of fuel cells, it is known to insert a stack of electrochemical cells between two end plates, located on either side of this stack in a stacking direction, and possibly to arrange this stack in a casing. . Electrochemical cells are formed by membrane-electrode assemblies and bipolar plates. A membrane-electrode assembly is sometimes called MEA, from the English “Membrane-Electrode Assembly”, and generally comprises a base membrane, which can be coated on one or both of its faces, with a catalytic layer comprising a catalyst, as well as a frame which supports this membrane. The frame may include openings which, in the stack, define fluid flow galleries within the stack of electrochemical cells for distribution and recovery of these fluids in the corresponding fluidic compartments of each cell. This frame is most often associated with at least one seal, sometimes called a “gasket”, with which it also provides a sealing function to the flow of fluids within the stack.

La membrane, lorsqu’elle est revêtue de couches comprenant un catalyseur, est parfois dénommée CCM, de l’Anglais « Catalyst Coated Membrane » et comprend dans ce cas trois couches à savoir, une membrane proprement dite, une couche catalytique côté anode et une couche catalytique côté cathode.The membrane, when coated with layers comprising a catalyst, is sometimes called CCM, from the English "Catalyst Coated Membrane" and in this case comprises three layers, namely, a membrane itself, a catalytic layer on the anode side and a catalytic layer on the cathode side.

Dans l’empilement, un assemblage membrane-électrode est intercalé entre deux plaques bipolaires et délimite ainsi un compartiment anodique et un compartiment cathodique. De chaque côté, la membrane revêtue de catalyseur est recouverte par une couche de diffusion de gaz qui est donc reçue dans le compartiment anodique ou cathodique correspondant et favorise la mise en contact de la ou les espèces chimiques, présentes dans le compartiment anodique ou cathodique correspondant, avec la membrane . Chaque couche de diffusion de gaz a aussi un rôle de conduction des électrons. Ces couches de diffusion sont parfois dénommées GDL, de l’Anglais « Gas Diffusion Layer ».In the stack, a membrane-electrode assembly is inserted between two bipolar plates and thus delimits an anode compartment and a cathode compartment. On each side, the membrane coated with catalyst is covered by a gas diffusion layer which is therefore received in the corresponding anodic or cathodic compartment and promotes contacting of the chemical species, present in the corresponding anodic or cathodic compartment. , with the membrane. Each gas diffusion layer also has a role in conducting electrons. These diffusion layers are sometimes called GDL, from the English “Gas Diffusion Layer”.

Il est connu de fabriquer un assemblage membrane-électrode en rapportant la membrane revêtue de catalyseur sur le cadre, ce qui permet notamment de rigidifier cette membrane et d’en faciliter la manipulation. Ceci a lieu en collant de manière étanche la membrane sur le cadre.It is known to manufacture a membrane-electrode assembly by attaching the membrane coated with catalyst to the frame, which in particular makes it possible to stiffen this membrane and facilitate its handling. This takes place by sealing the membrane to the frame.

Une fois cette opération réalisée, il est connu d’immobiliser, sur la membrane et le cadre préassemblés, la ou les couches de diffusion, lors d’une opération supplémentaire et au moyen d’une autre colle. Cette immobilisation est avantageuse pour que les couches de diffusion de gaz soient maintenues en place au moins lors de la constitution de l’empilement de cellules électrochimiques, parfois dénommée « stackage ». Cette opération supplémentaire prend du temps et nécessite l’application de colle sur la couche de diffusion ou sur le cadre. En pratique, ceci rallonge et surenchérit le coût de fabrication d’une pile à combustible.Once this operation has been carried out, it is known to immobilize, on the pre-assembled membrane and frame, the diffusion layer(s), during an additional operation and by means of another glue. This immobilization is advantageous so that the gas diffusion layers are held in place at least during the formation of the stack of electrochemical cells, sometimes called “stacking”. This additional operation takes time and requires the application of glue to the diffusion layer or to the frame. In practice, this extends and increases the cost of manufacturing a fuel cell.

Il est connu de WO-A-2018/055567 d’utiliser une grille pour la diffusion de colle au sein d’un assemblage membrane-électrode. Une couche de diffusion est rapportée et collée sur une partie de l’assemblage préconstitué.It is known from WO-A-2018/055567 to use a grid for the diffusion of glue within a membrane-electrode assembly. A diffusion layer is added and glued to part of the pre-constituted assembly.

Il est également connu de US-B-11056694 de réaliser un assemblage membrane-électrode sur une plaque bipolaire, avec une couche de diffusion montée bord à bord avec un cadre, la couche de diffusion étant soudée point par point sur une surface interne du cadre périphérique. Une telle opération requiert des manœuvres précises et prend du temps.It is also known from US-B-11056694 to produce a membrane-electrode assembly on a bipolar plate, with a diffusion layer mounted edge to edge with a frame, the diffusion layer being welded point by point on an internal surface of the frame peripheral. Such an operation requires precise maneuvers and takes time.

En outre, dans les matériels connus, la colle utilisée pour fixer la couche de diffusion sur le cadre risque de s’étaler par capillarité. Pour éviter qu’elle ne déborde de la couche de diffusion, au risque de polluer une cellule électrochimique, et/ou au risque de polluer le joint d’étanchéité, il est nécessaire de prévoir un recouvrement relativement large du cadre par la couche de diffusion. Ceci tend à réduire la surface utile de la membrane, sauf à élargir les dimensions transversales d’un empilement de cellules, ce qui augmente l’encombrement d’une pile à combustible comprenant un tel empilement.In addition, in known materials, the glue used to fix the diffusion layer on the frame risks spreading by capillarity. To prevent it from overflowing the diffusion layer, at the risk of polluting an electrochemical cell, and/or at the risk of polluting the seal, it is necessary to provide a relatively large covering of the frame by the diffusion layer. . This tends to reduce the useful surface area of the membrane, except to enlarge the transverse dimensions of a stack of cells, which increases the bulk of a fuel cell comprising such a stack.

C’est à ces inconvénients qu’entend plus particulièrement remédier l’invention en proposant un nouvel assemblage membrane-électrode pour une pile à combustible dont la fabrication peut être simplifiée et dont le prix de revient peut être diminué par rapport aux matériels antérieurs.It is these drawbacks that the invention more particularly intends to remedy by proposing a new membrane-electrode assembly for a fuel cell whose manufacturing can be simplified and whose cost price can be reduced compared to previous materials.

À cet effet, l’invention concerne un assemblage membrane-électrode de pile à combustible, cet assemblage comprenant une membrane, un cadre, supportant la membrane, et au moins une couche de diffusion recouvrant la membrane et une partie du cadre. Le cadre est bipartite et comprend un premier demi-cadre supportant la membrane et disposé sur un premier côté de la membrane, ainsi qu’un deuxième demi-cadre supportant la membrane et disposé sur un deuxième côté de la membrane. Au moins le deuxième demi-cadre est enduit, sur une surface en regard du premier demi-cadre, d’une couche de colle pour la solidarisation des demi-cadres.To this end, the invention relates to a fuel cell membrane-electrode assembly, this assembly comprising a membrane, a frame supporting the membrane, and at least one diffusion layer covering the membrane and part of the frame. The frame is bipartite and comprises a first half-frame supporting the membrane and arranged on a first side of the membrane, as well as a second half-frame supporting the membrane and arranged on a second side of the membrane. At least the second half-frame is coated, on a surface facing the first half-frame, with a layer of glue for securing the half-frames.

Conformément à l’invention, des premiers orifices ménagés à travers le premier demi-cadre sont disposés en regard de la couche de diffusion, selon une direction perpendiculaire à un plan principal de la membrane. En outre, la couche de diffusion est solidarisée au cadre par une quantité de colle qui s’étend à travers les premiers orifices et qui provient de la colle enduite sur la surface en regard du deuxième demi-cadre.In accordance with the invention, first orifices provided through the first half-frame are arranged facing the diffusion layer, in a direction perpendicular to a main plane of the membrane. In addition, the diffusion layer is secured to the frame by a quantity of glue which extends through the first orifices and which comes from the glue coated on the surface facing the second half-frame.

Grace à l’invention, une colle enduite sur une surface du deuxième demi-cadre peut migrer à travers les premiers orifices ménagés à travers le premier demi-cadre, ce qui a pour conséquence de solidariser la couche de diffusion sur le côté du premier demi-cadre opposé au deuxième demi-cadre, sans avoir à utiliser une colle supplémentaire. La fabrication de l’assemblage membrane-électrode est ainsi simplifiée et son prix de revient est bien maitrisé.Thanks to the invention, an adhesive coated on a surface of the second half-frame can migrate through the first orifices provided through the first half-frame, which has the effect of securing the diffusion layer on the side of the first half. -frame opposite the second half-frame, without having to use additional glue. The manufacturing of the membrane-electrode assembly is thus simplified and its cost price is well controlled.

Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l’invention, un tel assemblage membrane-électrode peut incorporer une ou plusieurs caractéristiques suivantes, prises selon toutes combinaisons techniquement admissibles :According to advantageous but not obligatory aspects of the invention, such a membrane-electrode assembly can incorporate one or more following characteristics, taken in any technically admissible combinations:

- L’assemblage membrane-électrode comprend une première couche de diffusion disposée sur un premier côté de la membrane et qui recouvre partiellement le premier demi-cadre et une deuxième couche de diffusion disposée sur un deuxième côté de la membrane et qui recouvre partiellement le deuxième demi-cadre, alors que la deuxième couche de diffusion est solidarisée au cadre par une deuxième quantité de colle qui s’étend à travers des deuxièmes orifices aménagés à travers le deuxième demi-cadre et qui provient de la colle enduite sur la surface en regard du premier demi-cadre.- The membrane-electrode assembly comprises a first diffusion layer disposed on a first side of the membrane and which partially covers the first half-frame and a second diffusion layer disposed on a second side of the membrane and which partially covers the second half-frame, while the second diffusion layer is secured to the frame by a second quantity of glue which extends through second orifices provided through the second half-frame and which comes from the glue coated on the facing surface of the first half-frame.

- Les premiers et deuxièmes orifices sont décalés les uns par rapport aux autres selon au moins une direction parallèle à un plan principal de la membrane, de sorte qu’il n’existe pas de superposition entre ces orifices.- The first and second orifices are offset relative to each other in at least one direction parallel to a main plane of the membrane, so that there is no superposition between these orifices.

- Chaque orifice aménagé à travers un demi-cadre présente une section dont l’aire est inférieure ou égale à 50 mm², de préférence à 20 mm², avec une forme préférentiellement circulaire, rectangulaire ou oblongue.- Each orifice arranged through a half-frame has a section whose area is less than or equal to 50 mm², preferably 20 mm², with a preferably circular, rectangular or oblong shape.

- Chaque orifice aménagé à travers un demi-cadre présente une section dont l’aire est supérieure ou égale à 5 mm², de préférence à 10 mm², avec une forme préférentiellement circulaire, rectangulaire ou oblongue.- Each orifice arranged through a half-frame has a section whose area is greater than or equal to 5 mm², preferably 10 mm², with a preferably circular, rectangular or oblong shape.

- La colle est thermo-activable et à base de polymère thermoplastique, notamment de copolymère EVA.- The glue is heat-activatable and based on thermoplastic polymer, in particular EVA copolymer.

- Une bande de recouvrement du cadre par la couche de diffusion présente une largeur comprise dans la gamme allant de 4 à 15 mmm, de préférence dans la gamme allant de 5 à 10 mm.- A strip covering the frame with the diffusion layer has a width in the range from 4 to 15 mm, preferably in the range from 5 to 10 mm.

Selon un autre aspect, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un assemblage membrane-électrode, notamment un assemblage membrane-électrode tel que mentionné ci-dessus. Ce procédé comprend une étape préalable d’enduction d’ une première surface d’au moins le deuxième demi-cadre avec une colle, une étape de solidarisation du cadre et de la membrane, par application de la première surface du deuxième demi-cadre, enduite de colle, contre une première surface du premier demi-cadre, et une étape de dépôt la couche de diffusion sur une deuxième surface du premier demi-cadre, opposée à la première surface de ce demi-cadre qui est en regard de la première surface du deuxième-demi cadre. Conformément à l’invention, ce procédé comprend une étape de solidarisation de la couche de diffusion et du premier demi-cadre par migration de la colle enduite sur la première surface du deuxième demi-cadre, vers une surface de la couche de diffusion, à travers des premiers orifices ménagés à travers le premier demi-cadre cadre, entre ses première et deuxième surfaces.According to another aspect, the invention relates to a method of manufacturing a membrane-electrode assembly, in particular a membrane-electrode assembly as mentioned above. This process comprises a preliminary step of coating a first surface of at least the second half-frame with an adhesive, a step of joining the frame and the membrane, by applying the first surface of the second half-frame, coated with glue, against a first surface of the first half-frame, and a step of depositing the diffusion layer on a second surface of the first half-frame, opposite the first surface of this half-frame which is opposite the first surface of the second-half frame. In accordance with the invention, this method comprises a step of joining the diffusion layer and the first half-frame by migration of the glue coated on the first surface of the second half-frame, towards a surface of the diffusion layer, at through first holes provided through the first half-frame, between its first and second surfaces.

De façon avantageuse, ce procédé peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises selon toutes combinaisons techniquement admissibles :Advantageously, this process can incorporate one or more of the following characteristics, taken in any technically admissible combination:

- L’assemblage membrane-électrode comprend une première couche de diffusion, disposée sur le premier côté de la membrane et qui recouvre partiellement le premier demi-cadre, et une deuxième couche de diffusion, disposée sur le deuxième côté de la membrane et qui recouvre partiellement le deuxième demi-cadre. L’étape préalable est une étape d’enduction des premières surfaces des premier et deuxième demi-cadres avec une colle. Lors de l’étape de solidarisation, la première couche de diffusion est solidarisée au premier demi-cadre par migration de la colle enduite sur la première surface du deuxième demi-cadre, vers une surface de la première couche de diffusion, à travers des premiers orifices aménagés à travers le premier demi-cadre, entre ses première et deuxième surfaces, alors que la deuxième couche de diffusion est solidarisée au deuxième demi-cadre par migration de la colle enduite sur la première surface du premier demi-cadre, vers une surface de la deuxième couche de diffusion, à travers des premiers orifices aménagés à travers le deuxième demi-cadre, entre ses première et deuxième surfaces.- The membrane-electrode assembly comprises a first diffusion layer, arranged on the first side of the membrane and which partially covers the first half-frame, and a second diffusion layer, arranged on the second side of the membrane and which covers partially the second half-frame. The preliminary step is a step of coating the first surfaces of the first and second half-frames with glue. During the joining step, the first diffusion layer is joined to the first half-frame by migration of the glue coated on the first surface of the second half-frame, towards a surface of the first diffusion layer, through first orifices arranged through the first half-frame, between its first and second surfaces, while the second diffusion layer is secured to the second half-frame by migration of the glue coated on the first surface of the first half-frame, towards a surface of the second diffusion layer, through first orifices provided through the second half-frame, between its first and second surfaces.

- L’étape de solidarisation comprend une sous-étape de pressage, une sous étape de chauffage et/ou une sous-étape de mise en vibration pour la migration de la colle à travers les orifices ménagés à travers le ou les demi-cadre.- The joining step includes a pressing sub-step, a heating sub-step and/or a vibrating sub-step for the migration of the glue through the orifices provided through the half-frame(s).

- L’étape de solidarisation du cadre et de la membrane et l’étape de solidarisation de la couche de diffusion sur le demi-cadre correspondant, par migration de la colle enduite sur la première surface de l’autre demi-cadre, sont simultanées.- The step of joining the frame and the membrane and the step of joining the diffusion layer on the corresponding half-frame, by migration of the glue coated on the first surface of the other half-frame, are simultaneous .

- L’étape de solidarisation de la couche de diffusion sur le demi-cadre correspondant, par migration de la colle enduite sur la première surface de l’autre demi-cadre, est effectuée en soumettant cette colle à des ultrasons.- The step of securing the diffusion layer to the corresponding half-frame, by migration of the glue coated on the first surface of the other half-frame, is carried out by subjecting this glue to ultrasound.

Selon un troisième aspect, l’invention concerne une pile à combustible qui comprend au moins un empilement de cellules électrochimiques formé par des assemblages membrane-électrode et des plaques bipolaires. Conformément à l’invention, l’un au moins des assemblages membrane-électrode est tel que mentionné ci-dessus ou fabriqué par le procédé mentionné ci-dessus et, de préférence, tous les assemblages membrane-électrode sont tels que mentionné ci-dessus ou fabriqués par le procédé mentionné ci-dessus.According to a third aspect, the invention relates to a fuel cell which comprises at least one stack of electrochemical cells formed by membrane-electrode assemblies and bipolar plates. According to the invention, at least one of the membrane-electrode assemblies is as mentioned above or manufactured by the method mentioned above and, preferably, all the membrane-electrode assemblies are as mentioned above or manufactured by the process mentioned above.

L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d’un mode de réalisation d’un assemblage membrane-électrode, d’un procédé et d’une pile à combustible conformes à son principe, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :

  • La est une vue en perspective partiellement éclatée d’un assemblage membrane-électrode conforme à l’invention et d’une plaque bipolaire, cet assemblage et cette plaque bipolaire appartenant à un empilement de cellules électrochimiques d’une pile à combustible ;
  • La est une vue de face de l’assemblage membrane-électrode représenté à la ;
  • La est une coupe longitudinale de l’assemblage, selon la ligne III-III à la ;
  • La est une vue en perspective éclatée de l’assemblage des figures 2 et 3 ; et
  • La est une coupe partielle de principe, dans le sens des flèches V à la , d’un empilement de cellules électrochimiques d’une pile à combustible selon l’invention, cet empilement n’étant pas en configuration éclatée, à la différence de ce qui est représenté à la .
The invention will be better understood and other advantages thereof will appear more clearly in the light of the description which follows of an embodiment of a membrane-electrode assembly, of a method and of a battery. fuel conforming to its principle, given solely by way of example and made with reference to the appended drawings in which:
  • There is a partially exploded perspective view of a membrane-electrode assembly according to the invention and of a bipolar plate, this assembly and this bipolar plate belonging to a stack of electrochemical cells of a fuel cell;
  • There is a front view of the membrane-electrode assembly shown in ;
  • There is a longitudinal section of the assembly, along line III-III at ;
  • There is an exploded perspective view of the assembly of Figures 2 and 3; And
  • There is a partial cut in principle, in the direction of arrows V at the , of a stack of electrochemical cells of a fuel cell according to the invention, this stack not being in exploded configuration, unlike what is represented in .

Afin de bien montrer les caractéristiques de l’invention, les proportions ne sont pas forcément respectées entre les objets représentés sur les figures.In order to clearly show the characteristics of the invention, the proportions are not necessarily respected between the objects represented in the figures.

Un assemblage membrane-électrode 2 est représenté de façon partiellement éclatée à la , au-dessus d’une plaque bipolaire 4. Les éléments 2 et 4 appartiennent à un empilement 6 de cellules électrochimiques 60, cet empilement constituant une partie d’une pile à combustible 8 partiellement représentée à la .A membrane-electrode assembly 2 is shown partially exploded at the , above a bipolar plate 4. Elements 2 and 4 belong to a stack 6 of electrochemical cells 60, this stack constituting part of a fuel cell 8 partially represented in the .

On note A2 un axe longitudinal de l’assemblage membrane-électrode 2.We denote A2 as a longitudinal axis of the membrane-electrode assembly 2.

L’assemblage membrane-électrode 2 peut être dénommé MEA et comprend une membrane de base 22 qui, dans l’exemple qui va être décrit, est revêtue de catalyseur. Plus précisément, la membrane de base 22 est une membrane polymère échangeuse de protons. La membrane de base 22 est donc, dans l’exemple, revêtue, sur un premier côté orienté vers le haut aux figures 3 et 4, d’une première couche catalytique 23 formant cathode et, sur un deuxième côté opposé au premier côté et orienté vers le bas à la , d’une deuxième couche catalytique 24 formant anode. La membrane 22 et les couches catalytiques 23 et 24 forment ensemble une membrane revêtue de catalyseur, autrement dénommée CCM. Dans la suite de la présente description, cette membrane revêtue de catalyseur 25 est dénommée membrane CCM.The membrane-electrode assembly 2 can be called MEA and comprises a base membrane 22 which, in the example which will be described, is coated with catalyst. More precisely, the base membrane 22 is a proton exchange polymer membrane. The base membrane 22 is therefore, in the example, coated, on a first side facing upwards in Figures 3 and 4, with a first catalytic layer 23 forming a cathode and, on a second side opposite the first side and oriented down to the , a second catalytic layer 24 forming an anode. The membrane 22 and the catalytic layers 23 and 24 together form a catalyst-coated membrane, otherwise called CCM. In the remainder of this description, this membrane coated with catalyst 25 is called CCM membrane.

Ici, la membrane de base 22 est réalisée en matériau polymère, notamment du type NAFION™,et présente une épaisseur de l’ordre de 0,005 à 0,050 mm, de préférence 0,008 à 0,015 mm. Les couches actives 23 et 24 sont réalisées à partir d’une base de platine et présentent chacune une épaisseur de l’ordre de 0,001 à 0,010 mm, de préférence 0,002 à 0,005 mm.Here, the base membrane 22 is made of polymer material, in particular of the NAFION™ type, and has a thickness of the order of 0.005 to 0.050 mm, preferably 0.008 to 0.015 mm. The active layers 23 and 24 are made from a platinum base and each have a thickness of the order of 0.001 to 0.010 mm, preferably 0.002 to 0.005 mm.

L’épaisseur de la membrane CCM 25 est, de préférence, compris entre 0,010 et 0,050 mm, de préférence de l’ordre de 0,017 mm.The thickness of the CCM membrane 25 is preferably between 0.010 and 0.050 mm, preferably of the order of 0.017 mm.

On note π22 un plan médian de la membrane de base 22, qui est également un plan médian de la membrane CCM 25. L’axe longitudinal A2 est inclus dans le plan médian π22.We note π22 as a median plane of the base membrane 22, which is also a median plane of the CCM membrane 25. The longitudinal axis A2 is included in the median plane π22.

La membrane CCM 25 est montée sur un cadre 30 constitué de deux demi-cadres 32 et 34 qui sont destinés à venir en appui plan l’un contre l’autre qui sont, par exemple, réalisés en film polymère, par exemple en poly(téréphtalate d'éthylène) ou PET ou en poly(naphtalate d'éthylène) ou PEN.The CCM membrane 25 is mounted on a frame 30 consisting of two half-frames 32 and 34 which are intended to come into plane support against each other which are, for example, made of polymer film, for example poly( ethylene terephthalate) or PET or poly(ethylene naphthalate) or PEN.

On note π30 un plan d’appui des deux demi-cadres 32 et 34 l’un contre l’autre. Le plan π30 est également un plan médian du cadre 30 et il inclut l’axe longitudinal A2. Les deux demi-cadres 32 et 34 sont configurés pour emprisonner entre eux un bord périphérique 22a de la membrane 22 lorsqu’ils sont en appui l’un contre l’autre suivant le plan π30. Dans cette configuration, les demi-cadres 32 et 34 forment une zone appelée aussi « chevauchement » entre la membrane 22 et les deux demi-cadres 32, 34, chevauchement qui, le long de chaque bord longitudinal ou chaque bord transversal du cadre, présente une largeur par exemple incluse dans la gamme allant de 1 à 5 mm, préférentiellement dans la gamme allant de 2 à 4 mm.We note π30 a support plane of the two half-frames 32 and 34 against each other. The plane π30 is also a median plane of the frame 30 and it includes the longitudinal axis A2. The two half-frames 32 and 34 are configured to trap between them a peripheral edge 22a of the membrane 22 when they rest against each other along the plane π30. In this configuration, the half-frames 32 and 34 form a zone also called "overlap" between the membrane 22 and the two half-frames 32, 34, an overlap which, along each longitudinal edge or each transverse edge of the frame, presents a width for example included in the range from 1 to 5 mm, preferably in the range from 2 to 4 mm.

Le demi-cadre 32 est disposé sur un premier côté de la membrane CCM 25, dans l’exemple au-dessus de la membrane à la , alors que le demi-cadre 34 est disposé sur un deuxième côté de la membrane CCM 25, dans l’exemple au-dessous de la membrane à la . Ceci a pour effet d’immobiliser la membrane 22, c’est-à-dire en pratique la membrane CCM 25, en la pinçant entre les demi-cadres 32 et 34, au sein du cadre 30.The half-frame 32 is arranged on a first side of the CCM membrane 25, in the example above the membrane at the , while the half-frame 34 is arranged on a second side of the CCM membrane 25, in the example below the membrane at the . This has the effect of immobilizing the membrane 22, that is to say in practice the CCM membrane 25, by pinching it between the half-frames 32 and 34, within the frame 30.

Avantageusement, l’épaisseur de chacun des demi-cadres 32 et 34 est comprise entre 0,020 et 0,030 mm, de préférence, de l’ordre de 0,025 mm.Advantageously, the thickness of each of the half-frames 32 and 34 is between 0.020 and 0.030 mm, preferably of the order of 0.025 mm.

Le cadre permet de rigidifier la membrane CCM 25 et de la maintenir en position au sein de l’empilement 60.The frame makes it possible to stiffen the CCM membrane 25 and hold it in position within the stack 60.

En pratique, les demi-cadres 32 et 34 sont collés l’un contre l’autre au niveau du plan d’appui π30, au moyen d’une colle.In practice, the half-frames 32 and 34 are glued against each other at the level of the support plane π30, using glue.

On note S32 la surface du demi-cadre 32 tourné vers le demi-cadre 34. On note S34 la surface du demi-cadre 34 tourné vers le demi-cadre 32. En configuration montée du cadre 30 autour de la membrane 22, les surfaces S32 et S34 sont en contact l’une contre l’autre, alignées sur le plan π30 et collées l’une à l’autre au moyen de la colle.We denote S32 the surface of the half-frame 32 facing the half-frame 34. We denote S34 the surface of the half-frame 34 facing the half-frame 32. In the mounted configuration of the frame 30 around the membrane 22, the surfaces S32 and S34 are in contact with each other, aligned on the π30 plane and stuck to each other using glue.

Dans cette configuration, le plan médian π22 de la membrane 22 est également aligné sur le plan π30.In this configuration, the median plane π22 of the membrane 22 is also aligned with the plane π30.

La colle utilisée pour assembler les demi-cadres 32 et 34 est de préférence une colle thermo-activable à base de polymère thermoplastique, par exemple une colle à base de copolymère EVA, telle que la colle commercialisée sous la référence AP12 par la société Addev Materials.The glue used to assemble the half-frames 32 and 34 is preferably a heat-activatable glue based on a thermoplastic polymer, for example an glue based on an EVA copolymer, such as the glue marketed under the reference AP12 by the company Addev Materials .

Avantageusement, l’épaisseur de la colle déposée sur la surface S32 ou S34 de chacun des cadres est comprise entre 0,01 à 0,02 mm, de préférence, de l’ordre de 0,013 mm.Advantageously, the thickness of the glue deposited on the surface S32 or S34 of each of the frames is between 0.01 to 0.02 mm, preferably of the order of 0.013 mm.

Avantageusement, le cadre 30 définit des ouvertures 36 destinées à former des galeries de circulation et de distribution/collecte de fluide au sein de l’empilement 6, lorsque plusieurs cadres sont juxtaposés au sein de l’empilement 60, selon une direction perpendiculaire à leurs plans médians π30.Advantageously, the frame 30 defines openings 36 intended to form circulation and fluid distribution/collection galleries within the stack 6, when several frames are juxtaposed within the stack 60, in a direction perpendicular to their median planes π30.

En variante, notamment dans le cas d’une pile à combustible dite avec « manifolds externes », le cadre est dépourvu d’ouvertures du type des ouvertures 36.Alternatively, particularly in the case of a so-called fuel cell with “external manifolds”, the frame does not have openings of the type openings 36.

On note A30 un axe perpendiculaire au plan π30 et passant par le centre géométrique du cadre 30. L’axe A30 est perpendiculaire à la membrane de base 22, ainsi qu’à la membrane CCM 25, donc à leur plan médian π22.We note A30 an axis perpendicular to the plane π30 and passing through the geometric center of the frame 30. The axis A30 is perpendicular to the base membrane 22, as well as to the CCM membrane 25, therefore to their median plane π22.

Les ouvertures 36 sont constituées en alignant, selon des directions parallèles à l’axe A30, des ouvertures individuelles 362et 364formées respectivement dans les demi-cadres 32 et 34.The openings 36 are formed by aligning, in directions parallel to the axis A30, individual openings 36 2 and 36 4 formed respectively in the half-frames 32 and 34.

Au sein de l’empilement 6, les axes A30 des différents cadres 30 sont confondus et les cadres 30 sont orientés autour de cet axe de façon à ce que les ouvertures 36 constituent ensemble des galeries de circulation et de distribution/collecte de fluide, notamment d’hydrogène, d’air ou de fluide caloporteur, au sein de l’empilement 60.Within the stack 6, the axes A30 of the different frames 30 are merged and the frames 30 are oriented around this axis so that the openings 36 together constitute circulation and fluid distribution/collection galleries, in particular hydrogen, air or heat transfer fluid, within the stack 60.

La plaque bipolaire 4 est équipée d’ouvertures 46 de même géométrie que les ouvertures 36 et qui participent également à la définition de ces galeries.The bipolar plate 4 is equipped with openings 46 of the same geometry as the openings 36 and which also participate in the definition of these galleries.

La géométrie des ouvertures 36 aux figures 1, d’une part, et 2 et 3, d’autre part, est différente, compte-tenu du caractère schématique de ces figures. En pratique, cette géométrie résulte d’un choix de conception du cadre 30 et de la plaque bipolaire 4.The geometry of the openings 36 in Figures 1, on the one hand, and 2 and 3, on the other hand, is different, taking into account the schematic nature of these figures. In practice, this geometry results from a design choice of the frame 30 and the bipolar plate 4.

On note respectivement 32A et 32B les extrémités longitudinales du demi-cadre 32. On note respectivement 34A et 34B les extrémités longitudinales du demi-cadre 34.We denote respectively 32A and 32B the longitudinal ends of the half-frame 32. We denote respectively 34A and 34B the longitudinal ends of the half-frame 34.

On note respectivement A32 et A34 un axe longitudinal du demi-cadre 32 et un axe longitudinal du demi-cadre 34. En configuration montée de l’assemblage membrane-électrode 2, les axes A2, A32 et A34 sont parallèles et, de préférence quasi-confondus, à l’épaisseur près des demi-cadres.We respectively note A32 and A34 a longitudinal axis of the half-frame 32 and a longitudinal axis of the half-frame 34. In the mounted configuration of the membrane-electrode assembly 2, the axes A2, A32 and A34 are parallel and, preferably almost -confused, to the nearest thickness of the half-frames.

On note respectivement P32 et P34 des points d’intersection entre les axes A30 et A32, d’une part, et entre les axes A30 et A34, d’autre part.P32 and P34 are respectively points of intersection between axes A30 and A32, on the one hand, and between axes A30 and A34, on the other hand.

Les demi-cadres 32 et 34 définissent chacun une ouverture centrale 32C respectivement 34C qui les traverse de part en part et en regard desquels est disposée la membrane CCM 25 en configuration montée de cette membrane sur le cadre 30. Les ouvertures centrales des demi-cadres sont donc délimitées par des bords internes des demi-cadres. La réunion des ouvertures centrales 32C et 34C définit une ouverture centrale 30C du cadre 30, qui est obturée par la membrane CCM en configuration montée de l’assemblage membrane-électrode 2. Les demi-cadres 32 et 34, et donc le cadre 30 qu’ils constituent, présentent un contour fermé autour de l’ouverture centrale correspondante.The half-frames 32 and 34 each define a central opening 32C respectively 34C which passes right through them and opposite which the CCM membrane 25 is arranged in the mounted configuration of this membrane on the frame 30. The central openings of the half-frames are therefore delimited by internal edges of the half-frames. The meeting of the central openings 32C and 34C defines a central opening 30C of the frame 30, which is closed by the CCM membrane in the mounted configuration of the membrane-electrode assembly 2. The half-frames 32 and 34, and therefore the frame 30 which They constitute, present a closed contour around the corresponding central opening.

L’assemblage membrane-électrode 2 comprend également une première couche de diffusion de gaz 28 et une deuxième couche de diffusion de gaz 29 qui ont pour fonction de favoriser les échanges entre la membrane CCM 25 et les fluides circulant entre les deux plaques bipolaires 4 d’une cellule électrochimique 60 à laquelle appartient cet assemblage membrane-électrode.The membrane-electrode assembly 2 also includes a first gas diffusion layer 28 and a second gas diffusion layer 29 which has the function of promoting exchanges between the CCM membrane 25 and the fluids circulating between the two bipolar plates 4 of an electrochemical cell 60 to which this membrane-electrode assembly belongs.

Les couches de diffusion 28 et 29 peuvent être dénommées GDL. Elles appartiennent également à l’assemblage membrane-électrode. Avantageusement, leur épaisseur est comprise entre 0,100 et 0,320 mm, de préférence de l’ordre de 0,250 mm.The diffusion layers 28 and 29 can be called GDL. They also belong to the membrane-electrode assembly. Advantageously, their thickness is between 0.100 and 0.320 mm, preferably of the order of 0.250 mm.

En configuration montée de l’assemblage membrane-électrode 2, les couches de diffusion 28 et 29 recouvrent la membrane CCM 25 et une partie du cadre 30, au voisinage de l’ouverture centrale 30C.In the mounted configuration of the membrane-electrode assembly 2, the diffusion layers 28 and 29 cover the CCM membrane 25 and part of the frame 30, in the vicinity of the central opening 30C.

On note respectivement S28 une surface de la couche de diffusion 28 tournée vers la membrane CCM 25 en configuration montée de l’assemblage membrane-électrode 2 et S29 une surface de la couche de diffusion 29 tournée vers la membrane CCM 25 en configuration montée de l’assemblage membrane-électrode 2. Les surfaces S28 et S29 se font face à travers l’ouverture centrale 30C et la membrane CCM 25.We respectively note S28 a surface of the diffusion layer 28 facing the CCM membrane 25 in the mounted configuration of the membrane-electrode assembly 2 and S29 a surface of the diffusion layer 29 facing the CCM membrane 25 in the mounted configuration of the membrane-electrode assembly 2. The surfaces S28 and S29 face each other through the central opening 30C and the CCM membrane 25.

Lors de la fabrication de l’empilement 6, les couches de diffusion 28 et 29 sont rapportées sur le cadre 30, de part et d’autre de la membrane CCM 25.During the manufacture of the stack 6, the diffusion layers 28 and 29 are attached to the frame 30, on either side of the CCM membrane 25.

Pour permettre l’immobilisation des couches de diffusion 28 et 29 sur le cadre 30 équipé de la membrane CCM 25, chacun des demi-cadres 32 et 34 est équipé d’orifices 42, respectivement 44, qui sont disposés de part et d’autre de son ouverture 32C ou 34C, selon son axe longitudinal A32 ou A34, et qui sont destinés à être recouverts par l’une des couches de diffusion 28 ou 29 en configuration montée de l’assemblage membrane-électrode. En configuration montée de l’assemblage membrane-électrode, les orifices 42 et 44 sont disposés en regard des couches de diffusion 28 et 29, selon une direction parallèle à l’axe A30, c’est-à-dire selon une direction perpendiculaire aux plans π22 et π30.To allow the immobilization of the diffusion layers 28 and 29 on the frame 30 equipped with the CCM membrane 25, each of the half-frames 32 and 34 is equipped with orifices 42, respectively 44, which are arranged on either side of its opening 32C or 34C, along its longitudinal axis A32 or A34, and which are intended to be covered by one of the diffusion layers 28 or 29 in the mounted configuration of the membrane-electrode assembly. In the assembled configuration of the membrane-electrode assembly, the orifices 42 and 44 are arranged facing the diffusion layers 28 and 29, in a direction parallel to the axis A30, that is to say in a direction perpendicular to the planes π22 and π30.

Dans l’exemple, les orifices 42 et 44 ont la même géométrie, comme représenté sur les figures. Cependant, on pourrait prévoir qu’un ou plusieurs des orifices d’un demi-cadre ait une géométrie différente de celle des autres orifices de ce demi-cadre, et/ou prévoir que qu’un ou plusieurs des orifices d’un demi-cadre ait une géométrie différente de celle d’un ou plusieurs orifices de l’autre demi-cadre.In the example, the orifices 42 and 44 have the same geometry, as shown in the figures. However, one could provide that one or more of the orifices of a half-frame have a geometry different from that of the other orifices of this half-frame, and/or provide that one or more of the orifices of a half-frame frame has a geometry different from that of one or more holes in the other half-frame.

Le demi-cadre 32 comprend deux rangées de trois orifices 42 qui s’étendent respectivement à proximité des extrémités 32A et 32B du demi-cadre 32 et qui relient la surface S32 du demi-cadre 32 à une surface S’32 du demi-cadre 32 qui est opposée à la surface S32 et sur laquelle vient en appui la surface S28 de la couche de diffusion 28. Les orifices 42 traversent donc l’épaisseur du demi-cadre 32.The half-frame 32 comprises two rows of three orifices 42 which extend respectively near the ends 32A and 32B of the half-frame 32 and which connect the surface S32 of the half-frame 32 to a surface S'32 of the half-frame 32 which is opposite the surface S32 and on which the surface S28 of the diffusion layer 28 bears. The orifices 42 therefore pass through the thickness of the half-frame 32.

De la même façon, le demi-cadre 34 comprend deux rangées de trois orifices 44 qui s’étendent respectivement à proximité des extrémités 34A et 34B du demi-cadre 34 et qui relient la surface S34 du demi-cadre 34 à une surface S’34 du demi-cadre 34 qui est opposée à la surface S34 et sur laquelle vient en appui la surface S29 de la couche de diffusion 29. Les orifices 44 traversent donc l’épaisseur du demi-cadre 34.In the same way, the half-frame 34 comprises two rows of three orifices 44 which extend respectively near the ends 34A and 34B of the half-frame 34 and which connect the surface S34 of the half-frame 34 to a surface S' 34 of the half-frame 34 which is opposite the surface S34 and on which the surface S29 of the diffusion layer 29 bears. The orifices 44 therefore pass through the thickness of the half-frame 34.

On note 32D1 et 32D2 les bords transversaux de l’ouverture centrale 32C du demi-cadre 32, chaque bord transversal étant perpendiculaire à l’axe A32. On note 34D1 et 34D2 les bords transversaux de l’ouverture centrale 34C du demi-cadre 34, chaque bord transversal étant perpendiculaire à l’axe A34. Les bords transversaux 34D1 et 34D2 sont respectivement alignés avec les bords transversaux 32D1 et 32D2, selon une direction parallèle à l’axe A30, et constituent avec eux les bords transversaux 30D1 et 30D2 de l’ouverture centrale 30C.We note 32D1 and 32D2 the transverse edges of the central opening 32C of the half-frame 32, each transverse edge being perpendicular to the axis A32. We note 34D1 and 34D2 the transverse edges of the central opening 34C of the half-frame 34, each transverse edge being perpendicular to the axis A34. The transverse edges 34D1 and 34D2 are respectively aligned with the transverse edges 32D1 and 32D2, in a direction parallel to the axis A30, and with them constitute the transverse edges 30D1 and 30D2 of the central opening 30C.

On note 32E1 et 32E2 les bords longitudinaux de l’ouverture centrale 32C du demi-cadre 32, chaque bord longitudinal étant parallèle à l’axe A32. On note 34E1 et 34E2 les bords longitudinaux de l’ouverture centrale 34C du demi-cadre 34, chaque bord longitudinal étant parallèle à l’axe A34. Les bords longitudinaux 34E1 et 34E2 sont respectivement alignés avec les bords longitudinaux 32E1 et 32E2, selon une direction parallèle à l’axe A30, et constituent avec eux les bords longitudinaux 30E1 et 30E2 de l’ouverture centrale 30C.We denote 32E1 and 32E2 as the longitudinal edges of the central opening 32C of the half-frame 32, each longitudinal edge being parallel to the axis A32. We denote 34E1 and 34E2 as the longitudinal edges of the central opening 34C of the half-frame 34, each longitudinal edge being parallel to the axis A34. The longitudinal edges 34E1 and 34E2 are respectively aligned with the longitudinal edges 32E1 and 32E2, in a direction parallel to the axis A30, and with them constitute the longitudinal edges 30E1 and 30E2 of the central opening 30C.

On peut envisager différentes dispositions pour les orifices 42, 44. Dans l’exemple illustré, comme cela ressort des figures 2 et 4, les orifices 42 et 44 situés le long d’un même bord transversal 30D1 ou 30D2 sont décalés transversalement les uns par rapport aux autres dans le plan π30. Plus précisément, dans le plan π30 et le long de l’un des bords transversaux 30D1 et 30D2, les orifices 42 appartenant à l’un des demi-cadre 32 sont situés à des distances de l’axe A2 qui sont différentes des distances par rapport à cet axe auxquelles sont situés chacun des orifices 44 appartenant l’autre demi-cadre 34 et situés le long du même bord, ces distances étant mesurées dans le plan π30, perpendiculairement à l’axe A2.We can consider different arrangements for the orifices 42, 44. In the example illustrated, as can be seen from Figures 2 and 4, the orifices 42 and 44 located along the same transverse edge 30D1 or 30D2 are offset transversely from each other by compared to the others in the π30 plane. More precisely, in the plane π30 and along one of the transverse edges 30D1 and 30D2, the orifices 42 belonging to one of the half-frames 32 are located at distances from the axis A2 which are different from the distances by relative to this axis at which each of the orifices 44 belonging to the other half-frame 34 and located along the same edge are located, these distances being measured in the plane π30, perpendicular to the axis A2.

Trois orifices 42 aménagés à travers le premier demi-cadre 32 sont répartis le long du premier bord transversal 32D1. Parmi ces trois orifices, un premier orifice 4211est situé à proximité du premier bord longitudinal 32E1, un deuxième orifice 4212est situé à proximité du deuxième bord longitudinal 32E2 et un troisième orifice 4213est situé à mi-distance des orifices 4211et 4212, à proximité de l’axe A2. Trois autres orifices 42 aménagés également à travers le premier demi-cadre 32 sont répartis le long du deuxième bord transversal 32D2. Parmi ces trois orifices, un premier orifice 422 1est situé à proximité du deuxième bord longitudinal 32E2, un deuxième orifice 422 2est situé à proximité du premier bord longitudinal 32E1 et un troisième orifice 422 3est situé à mi-distance des orifices 422 1et 422 2, à proximité de l’axe A2.Three orifices 42 provided through the first half-frame 32 are distributed along the first transverse edge 32D1. Among these three orifices, a first orifice 42 11 is located near the first longitudinal edge 32E1, a second orifice 42 12 is located near the second longitudinal edge 32E2 and a third orifice 42 13 is located halfway between the orifices 42 11 and 42 12 , near axis A2. Three other orifices 42 also provided through the first half-frame 32 are distributed along the second transverse edge 32D2. Among these three orifices, a first orifice 42 2 1 is located near the second longitudinal edge 32E2, a second orifice 42 2 2 is located near the first longitudinal edge 32E1 and a third orifice 42 2 3 is located halfway between the orifices 42 2 1 and 42 2 2 , near axis A2.

Trois orifices 44 aménagés à travers le deuxième demi-cadre 34 sont répartis le long du premier bord transversal 34D1. Parmi ces trois orifices, un premier orifice 4411est situé à proximité du premier bord longitudinal 34E1, un deuxième orifice 4412est situé à proximité du deuxième bord longitudinal 34E2 et un troisième orifice 4413est situé à mi-distance des orifices 4411et 4412, à proximité de l’axe A2. Trois autres orifices 44 aménagés également à travers le deuxième demi-cadre 34 sont répartis le long du deuxième bord transversal 34D2. Parmi ces trois orifices, un premier orifice 442 1est situé à proximité du deuxième bord longitudinal 34E2, un deuxième orifice 442 2est situé à proximité du premier bord longitudinal 34E1 et un troisième orifice 442 3est situé à mi-distance des orifices 442 1et 442 2, à proximité de l’axe A2.Three orifices 44 arranged through the second half-frame 34 are distributed along the first transverse edge 34D1. Among these three orifices, a first orifice 44 11 is located near the first longitudinal edge 34E1, a second orifice 44 12 is located near the second longitudinal edge 34E2 and a third orifice 44 13 is located halfway between the orifices 44 11 and 44 12 , near axis A2. Three other orifices 44 also provided through the second half-frame 34 are distributed along the second transverse edge 34D2. Among these three orifices, a first orifice 44 2 1 is located near the second longitudinal edge 34E2, a second orifice 44 2 2 is located near the first longitudinal edge 34E1 and a third orifice 44 2 3 is located halfway between the orifices 44 2 1 and 44 2 2 , near axis A2.

La distance d211entre le premier bord longitudinal 32E1 du demi-cadre 32 et l’orifice 4211est strictement supérieur à la distance d411entre le premier bord longitudinal 34E1 du demi-cadre 34 et l’orifice 4411. En pratique la distance d211est supérieure à la distance d411 de plus de deux fois le rayon des orifices 4211 et 441 1, de sorte qu’il n’existe pas de superposition, selon une direction parallèle à l’axe A30, entre les orifices 4211et 4411qui sont voisins.The distance of211between the first longitudinal edge 32E1 of the half-frame 32 and the orifice 4211is strictly greater than the distance d411between the first longitudinal edge 34E1 of the half-frame 34 and the orifice 4411. In practice the distance d211is greater than the distance d411 more than twice the radius of the orifices 4211 And 441 1, so that there is no superposition, in a direction parallel to axis A30, between the orifices 4211and 4411who are neighbors.

On numérote 42ijet 44ijles orifices 42 et 44, avec i un entier naturel compris entre 1 et 2 et j un entier naturel compris entre 1 et 3. L’indice i correspond au numéro du bord 30D1 ou 30D2 près duquel est situé un orifice, alors que l’indice j est le numéro d’ordre de cet orifice le long de ce bord.The orifices 42 and 44 are numbered 42 ij and 44 ij , with i a natural number between 1 and 2 and j a natural number between 1 and 3. The index i corresponds to the number of the edge 30D1 or 30D2 near which is located an orifice, while the index j is the order number of this orifice along this edge.

Ici, les orifices 42 et 44 sont positionnés par paires, à savoir un orifice 42ijvoisin d’un orifice 44ij, avec les entiers naturels i et j qui ont la même valeur au sein d’une même paire d’orifices. En particulier, il n’existe pas de superposition, selon une direction parallèle à l’axe A30, entre les orifices 42 et 44 d’une même paire.Here, the orifices 42 and 44 are positioned in pairs, namely an orifice 42 ij close to an orifice 44 ij , with the natural integers i and j which have the same value within the same pair of orifices. In particular, there is no superposition, in a direction parallel to the axis A30, between the orifices 42 and 44 of the same pair.

De façon générale, les orifices 42ijet 44ijsont décalés transversalement le long des bords transversaux des ouvertures 32C et 34C, c’est-à-dire selon une direction parallèle au plan principal π22 de la membrane 25 et perpendiculaire aux axes A2, A32 et A34, de telle sorte qu’il n’existe pas de superposition entre les orifices 42 et 44, selon une direction parallèle à l’axe A30.Generally, the orifices 42 ij and 44 ij are offset transversely along the transverse edges of the openings 32C and 34C, that is to say in a direction parallel to the main plane π22 of the membrane 25 and perpendicular to the axes A2, A32 and A34, so that there is no overlap between the orifices 42 and 44, in a direction parallel to the axis A30.

Dans l’exemple des figures et de façon avantageuse, les orifices 421jsont disposés, le long du bord transversal 32D1, par rapport aux orifices 422jdisposés le long du bord transversal 32D2, de façon symétrique d’une droite imaginaire parallèle au bord transversal 32D1 et passant par le point P32. De même, les orifices 441jsont disposés, le long du bord transversal 34D1 de façon symétrique du point P34 par rapport aux orifices 442jdisposés le long du bord transversal 34D2.In the example of the figures and advantageously, the orifices 42 1j are arranged, along the transverse edge 32D1, relative to the orifices 42 2j arranged along the transverse edge 32D2, symmetrically of an imaginary line parallel to the edge transverse 32D1 and passing through point P32. Likewise, the orifices 44 1j are arranged along the transverse edge 34D1 symmetrically from the point P34 with respect to the orifices 44 2j arranged along the transverse edge 34D2.

Le long de chacun des bords transversaux 30D1 et 30D2, les orifices 42 et 44 constituent une rangée d’orifices et sont disposés de façon alternée. Un orifice 42 est disposé entre deux orifices 44, et inversement, sauf pour les deux orifices situés en bout de rangée, qui sont les plus proches des bords longitudinaux 30E1 et 30E2.Along each of the transverse edges 30D1 and 30D2, the orifices 42 and 44 constitute a row of orifices and are arranged alternately. An orifice 42 is arranged between two orifices 44, and vice versa, except for the two orifices located at the end of the row, which are closest to the longitudinal edges 30E1 and 30E2.

Dans l’exemple illustré, il n’y a pas de décalage longitudinal selon les axes A2, A32 et A34 entre les orifices 42, 44 qui sont situés le long d’un même bord transversal 30D1 ou 30D2. Ainsi, les orifices 42 appartenant à un premier demi-cadre 32 et situés le long d’un même bord transversal 30D1 ou 30D2 considéré sont alignés selon une droite perpendiculaire aux axes A2, A32 et A34, et les orifices 44 appartenant au deuxième demi-cadre 34 et situés le long du même bord transversal 30D1 ou 30D2 considéré sont alignés selon la même droite perpendiculaire aux axes A2, A32 et A34. Le fait d’avoir un tel décalage transversal sans décalage longitudinal entre les orifices des deux demi-cadres situés le long du même bord transversal 30D1 ou 30D2 permet de limiter la dimension parallèle aux axes A2, A32 et A34 de la zone permettant l’immobilisation des couches de diffusion 28 et 29 sur le cadre 30.In the example illustrated, there is no longitudinal offset along the axes A2, A32 and A34 between the orifices 42, 44 which are located along the same transverse edge 30D1 or 30D2. Thus, the orifices 42 belonging to a first half-frame 32 and located along the same transverse edge 30D1 or 30D2 considered are aligned along a straight line perpendicular to the axes A2, A32 and A34, and the orifices 44 belonging to the second half-frame frame 34 and located along the same transverse edge 30D1 or 30D2 considered are aligned along the same straight line perpendicular to the axes A2, A32 and A34. The fact of having such a transverse offset without longitudinal offset between the orifices of the two half-frames located along the same transverse edge 30D1 or 30D2 makes it possible to limit the dimension parallel to the axes A2, A32 and A34 of the zone allowing immobilization diffusion layers 28 and 29 on frame 30.

Cependant, dans certains cas, on peut prévoir d’autres configurations.However, in certain cases, other configurations can be provided.

Ainsi, selon une première variante non représentée de l’invention, on peut prévoir que les orifices 42 appartenant à un premier demi-cadre 32 et situés le long d’un même bord transversal 30D1 ou 30D2 considéré soient alignés selon une première droite perpendiculaire aux axes A2, A32 et A34, et les orifices 44 appartenant au deuxième demi-cadre 34 et situés le long du même bord transversal 30D1 ou 30D2 considéré soit alignés selon une deuxième droite perpendiculaire aux axes A2, A32 et A34, décalée longitudinalement de la première droite. Dans ce cas, on peut alors envisager que les orifices 42 appartenant au premier demi-cadre 32 et les orifices 44 appartenant au deuxième demi-cadre 34 ne présentent pas de décalage transversal entre deux orifices 42, 44 d’une même paire, c’est-à-dire voisins mais appartenant à deux demi-cadres différents.Thus, according to a first variant of the invention not shown, it can be provided that the orifices 42 belonging to a first half-frame 32 and located along the same transverse edge 30D1 or 30D2 considered are aligned along a first straight line perpendicular to the axes A2, A32 and A34, and the orifices 44 belonging to the second half-frame 34 and located along the same transverse edge 30D1 or 30D2 considered either aligned along a second straight line perpendicular to the axes A2, A32 and A34, offset longitudinally from the first RIGHT. In this case, we can then envisage that the orifices 42 belonging to the first half-frame 32 and the orifices 44 belonging to the second half-frame 34 do not present any transverse offset between two orifices 42, 44 of the same pair, that is, that is to say neighbors but belonging to two different half-frames.

Selon une deuxième variante non représentée de l’invention, on peut envisager que les orifices 42 appartenant au premier demi-cadre 32 et les orifices 44 appartenant au deuxième demi-cadre 34 présentent, en plus du décalage longitudinal, un décalage transversal entre deux orifices 42, 44 d’une même paire.According to a second variant of the invention not shown, it can be envisaged that the orifices 42 belonging to the first half-frame 32 and the orifices 44 belonging to the second half-frame 34 present, in addition to the longitudinal offset, a transverse offset between two orifices 42, 44 of the same pair.

Selon une troisième variante non représentée de l’invention, les orifices 42, 44 appartenant à un même demi-cadre 32 et situés le long d’un même bord transversal 30D1 ou 30D2 ne sont pas alignés selon une droite. Dans une telle variante, on peut prévoir que les orifices 42 appartenant au premier demi-cadre 32 et les orifices 44 appartenant au deuxième demi-cadre 34 soient disposés en quinconce.According to a third variant of the invention not shown, the orifices 42, 44 belonging to the same half-frame 32 and located along the same transverse edge 30D1 or 30D2 are not aligned along a straight line. In such a variant, it can be provided that the orifices 42 belonging to the first half-frame 32 and the orifices 44 belonging to the second half-frame 34 are arranged in a staggered manner.

On note S28 la surface de la couche de diffusion 28 tournée vers la membrane CCM 25. On note S29 la surface de la couche de diffusion 29 tournée vers la membrane CCM 25.We denote S28 the surface of the diffusion layer 28 facing the CCM membrane 25. We denote S29 the surface of the diffusion layer 29 facing the CCM membrane 25.

En configuration montée de l’assemblage membrane-électrode 2, chaque orifice 42 s’étend, à travers le demi-cadre 32, entre les surfaces S28 et S34, alors que chaque orifice 44 s’étend, à travers le demi-cadre 34, entre les surfaces S29 et S32.In the mounted configuration of the membrane-electrode assembly 2, each orifice 42 extends, through the half-frame 32, between the surfaces S28 and S34, while each orifice 44 extends, through the half-frame 34 , between surfaces S29 and S32.

On décrit ci-après un procédé de fabrication de l’assemblage membrane-électrode 2.A method of manufacturing the membrane-electrode assembly 2 is described below.

Lors d’une première étape préalable, les surfaces S32 et S34 sont enduites de colle. Cette étape préalable peut être effectuée sur le site de fabrication de l’assemblage membrane-électrode 2, juste avant les étapes suivantes ou de façon anticipée. En variante, cette étape préalable peut être effectuée sur un site distant, à partir duquel les demi-cadres enduits de colles sont acheminés sur le site de fabrication de l’assemblage membrane-électrode. L’opération d’enduction des surfaces S32 et S34 avec la colle peut donc être réalisée par un industriel différent de celui qui fabrique l’assemblage membrane-électrode.During a first preliminary step, surfaces S32 and S34 are coated with glue. This preliminary step can be carried out on the manufacturing site of the membrane-electrode assembly 2, just before the following steps or in advance. Alternatively, this preliminary step can be carried out at a remote site, from where the half-frames coated with glue are transported to the manufacturing site of the membrane-electrode assembly. The operation of coating surfaces S32 and S34 with glue can therefore be carried out by a manufacturer different from the one manufacturing the membrane-electrode assembly.

Lors d’une deuxième étape, les deux demi-cadres 32 et 34 sont mis en appui par leurs surfaces S32 et S34 le long du plan π30, ce qui a pour effet de pincer le bord 22a de la membrane 22 et de solidariser le cadre 30 et la membrane 22, c’est-à-dire le cadre 30 et la membrane CCM 25. Le cadre 30 est constitué par l’adhérence des surfaces S32 et S34 grâce à la colle qui y est enduite.During a second step, the two half-frames 32 and 34 are supported by their surfaces S32 and S34 along the plane π30, which has the effect of pinching the edge 22a of the membrane 22 and securing the frame 30 and the membrane 22, that is to say the frame 30 and the CCM membrane 25. The frame 30 is constituted by the adhesion of the surfaces S32 and S34 thanks to the glue which is coated there.

Lors d’une troisième étape, les couches de diffusion 28 et 29 sont déposées sur le cadre 30, plus précisément sur les surfaces externes S’32 et S’34 des demi-cadres 32 et 34. Les dimensions de l’ouverture 30C et des couches de diffusion 28 et 29 sont choisies de telle sorte que, au terme de la troisième étape, les couches de diffusion recouvrent à la fois l’ouverture 30C, donc la membrane 25, et les orifices 42 et 44. Ainsi, chaque orifice 42 ou 44 est disposé, selon une direction parallèle à l’axe A30, en regard d’une des couches de diffusion.During a third step, the diffusion layers 28 and 29 are deposited on the frame 30, more precisely on the external surfaces S'32 and S'34 of the half-frames 32 and 34. The dimensions of the opening 30C and diffusion layers 28 and 29 are chosen such that, at the end of the third step, the diffusion layers cover both the opening 30C, therefore the membrane 25, and the orifices 42 and 44. Thus, each orifice 42 or 44 is arranged, in a direction parallel to the axis A30, facing one of the diffusion layers.

On constitue ainsi une structure à sept couches, à savoir les trois couches 22, 23 et 24 de la membrane CCM 25, les deux demi-cadres 32 et 34 et les deux couches de diffusion 28 et 29. Cette structure multicouche est visible en coupe à la .A seven-layer structure is thus formed, namely the three layers 22, 23 and 24 of the CCM membrane 25, the two half-frames 32 and 34 and the two diffusion layers 28 and 29. This multilayer structure is visible in section to the .

La structure multicouche est soumise à un effort de pression représenté par les flèches P à la , lors d’une sous-étape de pressage de cette structure multicouche qui fait partie d’une quatrième étape du procédé de l’invention. Concomitamment à la sous-étape de pressage, une sous-étape de chauffage peut être mise en œuvre, ce qui a notamment pour effet de fluidifier la colle présente sur les surfaces S32 et S34, cette colle ayant alors tendance à migrer vers les surfaces S28 et S29, respectivement à travers les orifices 42 et 44.The multilayer structure is subjected to a pressure force represented by the arrows P at the , during a sub-step of pressing this multilayer structure which is part of a fourth step of the process of the invention. Concomitantly with the pressing sub-step, a heating sub-step can be implemented, which has the particular effect of fluidizing the glue present on the surfaces S32 and S34, this glue then having a tendency to migrate towards the surfaces S28 and S29, respectively through the orifices 42 and 44.

En complément ou en alternative à la sous-étape de chauffage, une sous étape d’application d’ultrasons à la colle présente dans la structure multicouche Cette application d’ultrasons facilite la migration de la colle, des surfaces S32 et S34 vers les surfaces S28 et S29, au sein des orifices 42 et 44.In addition or as an alternative to the heating sub-step, a sub-step of applying ultrasound to the glue present in the multilayer structure. This application of ultrasound facilitates the migration of the glue from the surfaces S32 and S34 to the surfaces S28 and S29, within orifices 42 and 44.

Les sous étapes de pressage, de chauffage et/ou de mise en vibration constituent ensemble la quatrième étape de solidarisation des couches de diffusion 28 et 29 sur le cadre 30, par migration de la colle enduite sur les surfaces S32 et S34 en direction des surfaces S’32 et S’34, donc en direction des surfaces S28 et S29, à travers les orifices 42 et 44.The sub-steps of pressing, heating and/or vibration together constitute the fourth step of securing the diffusion layers 28 and 29 on the frame 30, by migration of the glue coated on the surfaces S32 and S34 towards the surfaces S'32 and S'34, therefore in the direction of surfaces S28 and S29, through orifices 42 and 44.

Par migration, on entend que la colle préalablement enduite sur les surfaces S32 et S34 s’écoule entre ces surfaces jusque dans les volumes creux les plus proches qui sont constitués par les orifices 42 et 44. De là, la colle s’écoule, dans ces orifices, en direction des surfaces S28 et S29 des couches de diffusion 28 et 29 qu’elle atteint au terme de la quatrième étape.By migration, we mean that the glue previously coated on the surfaces S32 and S34 flows between these surfaces into the nearest hollow volumes which are constituted by the orifices 42 and 44. From there, the glue flows, into these orifices, towards the surfaces S28 and S29 of the diffusion layers 28 and 29 which it reaches at the end of the fourth step.

Suite à la quatrième étape, une quantité Q2 de colle initialement présente sur la surface S34 est présente dans chaque orifice 42ij, de sorte qu’elle relie la surface S28 au bord de cet orifice et à la portion de la surface S34 située en regard de cet orifice. En outre, une quantité Q4 de colle initialement présente sur la surface S32 est présente dans chaque orifice 44ij, de sorte qu’elle relie la surface S29 au bord de cet orifice et à la portion de la surface S32 située en regard de cet orifice. En d’autres termes, la quantité de colle Q2 provient de la colle initialement enduite sur la surface S34, alors que la quantité de colle Q4 provient de la colle initialement enduite sur la surface S32. A cet égard, le fait qu’il n’existe pas de superposition entre les orifices garantit que les quantités de colle Q2 et Q4 sont retenues dans les orifices 42ij et 44ijet dédiés au collage, soit de la couche de diffusion 28, soit de la couche de diffusion 29, sans liaison directe entre ces couches à travers le cadre 30.Following the fourth step, a quantity Q2 of glue initially present on the surface S34 is present in each orifice 42ij, so that it connects the surface S28 to the edge of this orifice and to the portion of the surface S34 located opposite this orifice. In addition, a quantity Q4 of glue initially present on the surface S32 is present in each orifice 44ij, so that it connects the surface S29 to the edge of this orifice and to the portion of the surface S32 located opposite this orifice. In other words, the quantity of glue Q2 comes from the glue initially coated on the surface S34, while the quantity of glue Q4 comes from the glue initially coated on the surface S32. In this regard, the fact that there is no overlap between the orifices guarantees that the quantities of glue Q2 and Q4 are retained in the orifices 42ij And 44ijand dedicated to the bonding, either of the diffusion layer 28, or of the diffusion layer 29, without direct connection between these layers through the frame 30.

En d’autres termes, le procédé de fabrication de l’assemblage membrane-électrode 2 de l’invention tire parti du fait qu’une colle est appliquée sur les surfaces S32 et S34 pour s’en servir, d’une part, pour solidariser les demi-cadres 32 et 34 entre eux et autour de la membrane CCM 25 et, d’autre part, pour solidariser les couches de diffusion 28 et 29 sur le cadre 30, sans utilisation d’une colle supplémentaire telle que les colles cyanhydriques de l’art antérieur.In other words, the method of manufacturing the membrane-electrode assembly 2 of the invention takes advantage of the fact that an adhesive is applied to the surfaces S32 and S34 to use it, on the one hand, for secure the half-frames 32 and 34 together and around the CCM membrane 25 and, on the other hand, to secure the diffusion layers 28 and 29 on the frame 30, without the use of an additional glue such as cyanhydric glues of the prior art.

Du fait de la composition de la colle utilisée dans l’invention, qui migre à travers les orifices 42 et 44, celle-ci a moins tendance à s’élargir que les colles de l’art antérieur, par capillarité, au contact de la surface S28 ou S29 de la couche de diffusion 28 ou 29.Due to the composition of the glue used in the invention, which migrates through the orifices 42 and 44, it has less tendency to expand than the glues of the prior art, by capillarity, on contact with the surface S28 or S29 of the diffusion layer 28 or 29.

La section des orifices 42 et 44 peut être choisie avec une aire relativement petite, inférieure ou égale à 50 mm2, de préférence à 20 mm2. Ceci évite de fragiliser le cadre 30, tout en permettant une solidarisation efficace des couches de diffusion 28 et 29 sur le cadre. En outre, la section des orifices 42 et 44 peut être choisie avec une aire supérieure ou égale à 5 mm2, de préférence à 10 mm2. Ceci permet que la surface de colle au contact d’une surface S28 ou S29 soit suffisante pour assurer une immobilisation efficace de la couche de diffusion 28 ou 29.The section of the orifices 42 and 44 can be chosen with a relatively small area, less than or equal to 50 mm 2 , preferably 20 mm 2 . This avoids weakening the frame 30, while allowing effective joining of the diffusion layers 28 and 29 to the frame. In addition, the section of the orifices 42 and 44 can be chosen with an area greater than or equal to 5 mm 2 , preferably 10 mm 2 . This allows the glue surface in contact with a surface S28 or S29 to be sufficient to ensure effective immobilization of the diffusion layer 28 or 29.

Par exemple, les orifices 42 et 44 peuvent être de forme circulaire, avec un diamètre de compris entre 3 et 8 mm, de préférence de l’ordre de 5 mm, comme représenté sur les figures. En variante, ils peuvent être en forme de rectangle ou oblongue, avec une longueur comprise dans la gamme allant de 5 à 10 mm, par exemple 7 mm et une largeur comprise dans la gamme allant de 2 à 5 mm, par exemple de 2 ou 3 mm, la longueur de ces orifices étant alors parallèle au bord transversal 32D1, 32D2, 34D1 ou 34D2 le long duquel ils sont positionnés.For example, the orifices 42 and 44 can be circular in shape, with a diameter of between 3 and 8 mm, preferably of the order of 5 mm, as shown in the figures. Alternatively, they may be in the shape of a rectangle or oblong, with a length in the range from 5 to 10 mm, for example 7 mm and a width in the range from 2 to 5 mm, for example 2 or 3 mm, the length of these orifices then being parallel to the transverse edge 32D1, 32D2, 34D1 or 34D2 along which they are positioned.

On note respectivement 282 et 292 les bords périphériques des couches de diffusion 28 et 29.We denote respectively 282 and 292 the peripheral edges of the diffusion layers 28 and 29.

On note d2 une distance mesurée entre les bords 32D et 282, parallèlement à l’axe longitudinal A2. On note d4 une distance mesurée entre les bords 34D et 292, parallèlement à l’axe A2. Les distances d2 et d4 sont les largeurs de deux bandes, adjacentes aux bords transversaux 32D1, 32D2, 34D1 et 34D2, sur lesquelles les couches de diffusion 28 et 29 recouvrent le cadre 30. Ces distances représentent les distances de recouvrement entre les couches de diffusion correspondantes et le cadre 30.We note d2 as a distance measured between the edges 32D and 282, parallel to the longitudinal axis A2. We note d4 as a distance measured between the edges 34D and 292, parallel to the axis A2. The distances d2 and d4 are the widths of two strips, adjacent to the transverse edges 32D1, 32D2, 34D1 and 34D2, on which the diffusion layers 28 and 29 cover the frame 30. These distances represent the overlapping distances between the diffusion layers corresponding and frame 30.

Dans l’exemple, les distances d2 et d4 sont égales. Ceci n’est toutefois pas obligatoire, notamment dans le cas où les couches de diffusions 28 et 29 sont de tailles différentes.In the example, the distances d2 and d4 are equal. This is however not obligatory, particularly in the case where the diffusion layers 28 and 29 are of different sizes.

En pratique, compte-tenu du mode de solidarisation des couches de diffusion 28 et 29 sur le cadre 30, le risque de diffusion de la colle est limité, de sorte que les distances d2 et d4 peuvent être choisies relativement petites. En d’autres termes, l’aire de la zone dans laquelle les couches de diffusion 28 et 29 recouvrent le cadre 30, au voisinage des bords 32D1, 32D2 et 34D1, 34D2 peut être réduite par rapport à la même aire dans les assemblages membrane-électrode de l’art antérieur, puisque les dimensions des orifices 42 et 44, d’une part, et la nature de la colle utilisée, d’autre part, évitent un fort étalement de cette colle lors de l’étape de solidarisation des couches de diffusion 28 et 29 sur le cadre 30, et donc on limite la dimension finale d’extension de la colle sur la couche de diffusion 28, 29.In practice, taking into account the method of joining the diffusion layers 28 and 29 to the frame 30, the risk of diffusion of the glue is limited, so that the distances d2 and d4 can be chosen relatively small. In other words, the area of the zone in which the diffusion layers 28 and 29 cover the frame 30, in the vicinity of the edges 32D1, 32D2 and 34D1, 34D2 can be reduced compared to the same area in the membrane assemblies -electrode of the prior art, since the dimensions of the orifices 42 and 44, on the one hand, and the nature of the glue used, on the other hand, avoid a strong spreading of this glue during the joining step of the diffusion layers 28 and 29 on the frame 30, and therefore the final extension dimension of the glue on the diffusion layer 28, 29 is limited.

On note L25 la longueur de la membrane CCM 25, mesurée parallèlement à l’axe A2 en configuration montée de l’assemblage membrane-électrode 2.We denote L25 as the length of the CCM membrane 25, measured parallel to the axis A2 in the mounted configuration of the membrane-electrode assembly 2.

En pratique, on choisit une distance de recouvrement d2 ou d4 comprise dans la gamme allant de 4 à 15 mmm, de préférence dans la gamme allant de 5 à 10 mm. Cette distance de recouvrement est très inférieure à la longueur L25, de sorte que sa présence ne réduit pas sensiblement la zone active de la membrane CCM 25.In practice, an overlap distance d2 or d4 is chosen in the range from 4 to 15 mm, preferably in the range from 5 to 10 mm. This overlapping distance is much less than the length L25, so that its presence does not significantly reduce the active area of the CCM 25 membrane.

Dans le procédé mentionné ci-dessus, il est avantageux que les opérations de solidarisation du cadre 30 et de la membrane CCM 25, d’une part, et de solidarisation des couches de diffusion 28 et 29 sur le cadre 30 aient lieu de façon simultanée, sous l’effet du pressage, du chauffage et/ou de l’application des vibrations. Ceci n’est toutefois pas obligatoire et il est possible de prévoir deux étapes successives, à savoir une étape antérieure, dans laquelle le cadre 30 et la membrane CCM 25 sont solidarisés, et une étape postérieure, dans laquelle les couches de diffusion 28 et 29 et le cadre sont solidarisés par migration de la colle à travers les orifices 42 et 44.In the method mentioned above, it is advantageous for the operations of joining the frame 30 and the CCM membrane 25, on the one hand, and of joining the diffusion layers 28 and 29 to the frame 30 to take place simultaneously. , under the effect of pressing, heating and/or the application of vibrations. This is however not obligatory and it is possible to provide two successive stages, namely an earlier stage, in which the frame 30 and the CCM membrane 25 are joined together, and a later stage, in which the diffusion layers 28 and 29 and the frame are joined by migration of the glue through the orifices 42 and 44.

Comme visible à la , un empilement 6 de cellules électrochimiques 60, réalisé au sein d’une pile à combustible 8 conforme à l’invention, comprend plusieurs assemblages membrane-électrode 2 également conformes à l’invention qui sont séparés par des plaques bipolaires 4, les cadres 30 de ces différents assemblages étant maintenus de façon étanche par rapport aux plaques bipolaires grâce à des joints d’étanchéité 50.As visible at , a stack 6 of electrochemical cells 60, produced within a fuel cell 8 in accordance with the invention, comprises several membrane-electrode assemblies 2 also in accordance with the invention which are separated by bipolar plates 4, the frames 30 of these different assemblies being maintained in a sealed manner with respect to the bipolar plates thanks to seals 50.

Dans l’empilement 6 représenté à la , au moins l’un des assemblages membrane-électrode 2 est conforme à l’invention. De préférence, par souci d’homogénéité des cellules électrochimiques 60, tous ces assemblages membrane-électrode 2 sont conformes à l’invention.In stack 6 shown in , at least one of the membrane-electrode assemblies 2 conforms to the invention. Preferably, for the sake of homogeneity of the electrochemical cells 60, all of these membrane-electrode assemblies 2 conform to the invention.

L’invention est représentée sur les figures dans le cas où la membrane 25 est de type CCM, les couches catalytiques 23, 24 étant portées par la membrane de base 22. Elle est également applicable au cas où les couches catalytiques 23, 24 sont portées par les couches de diffusion 28 et 29, selon la technologie CCB, de l’Anglais « Catalyst Coated Baking ». Dans ce cas, seule la membrane de base 22 est immobilisée sur le cadre 30. The invention is shown in the figures in the case where the membrane 25 is of the CCM type, the catalytic layers 23, 24 being carried by the base membrane 22. It is also applicable to the case where the catalytic layers 23, 24 are carried by diffusion layers 28 and 29, according to CCB technology, from the English “Catalyst Coated Baking”. In this case, only the base membrane 22 is immobilized on the frame 30.

L’invention est également applicable au cas où une seule couche de diffusion, par exemple la couche de diffusion 28, est solidarisée au cadre de l’assemblage membrane-électrode par migration de la colle à travers des orifices ménagés dans le cadre. Dans ce cas, en présence d’un cadre 30 formé de deux demi-cadres 32, 34, on prévoit, par exemple, des orifices dans un seul des deux demi-cadres, à savoir le demi-cadre 32 qui est du même côté de la membrane que la couche de diffusion 28 que l’on souhaite ainsi immobiliser par migration de colle. L’autre couche de diffusion 29 peut alors être immobilisée par d’autres moyens, y compris les moyens connus exposés au préambule de la demande. Selon une variante du procédé de l’invention, particulièrement adaptée à un tel cas où une seule couche de diffusion est solidarisée au cadre de l’assemblage membrane-électrode par migration de la colle à travers des orifices aménagés dans le cadre, lors de la première étape, seule l’une des surfaces S32 et S34 est enduite de colle, en quantité suffisante pour solidariser les demi-cadres 32 et 34 entre eux et avec la membrane CCM et pour migrer à travers les orifices 42 et 44. Avantageusement, seule est enduite de colle la surface S34 du demi-cadre 34 qui est, par rapport à la membrane CCM 25, du côté opposé à la couche de diffusion 28 que l’on souhaite ainsi immobiliser par migration de colle.The invention is also applicable to the case where a single diffusion layer, for example the diffusion layer 28, is secured to the frame of the membrane-electrode assembly by migration of the glue through orifices made in the frame. In this case, in the presence of a frame 30 formed of two half-frames 32, 34, we provide, for example, orifices in only one of the two half-frames, namely the half-frame 32 which is on the same side of the membrane as the diffusion layer 28 which we thus wish to immobilize by glue migration. The other diffusion layer 29 can then be immobilized by other means, including the known means exposed in the preamble of the application. According to a variant of the method of the invention, particularly suitable for such a case where a single diffusion layer is secured to the frame of the membrane-electrode assembly by migration of the glue through orifices made in the frame, during the first step, only one of the surfaces S32 and S34 is coated with glue, in sufficient quantity to secure the half-frames 32 and 34 together and with the CCM membrane and to migrate through the orifices 42 and 44. Advantageously, only the surface S34 of the half-frame 34 is coated with glue which is, relative to the CCM membrane 25, on the side opposite the diffusion layer 28 which it is thus desired to immobilize by glue migration.

Pour des raisons d’encombrement, il est avantageux que les orifices 42 et 44 soient répartis le long des bords transversaux 32D1, 32D2, 34D1, 34D2.For reasons of space, it is advantageous for the orifices 42 and 44 to be distributed along the transverse edges 32D1, 32D2, 34D1, 34D2.

Toutefois, en variante, ces orifices peuvent être répartis le long des bords longitudinaux 32E1, 32E2, 34E1, 34E2. En outre, on peut prévoir des orifices 42 et 44 répartis le long des bords transversaux 32D1, 32D2, 34D1, 34D2 et des orifices répartis le long des bords longitudinaux 32E1, 32E2, 34E1, 34E2 .However, as a variant, these orifices can be distributed along the longitudinal edges 32E1, 32E2, 34E1, 34E2. In addition, orifices 42 and 44 can be provided distributed along the transverse edges 32D1, 32D2, 34D1, 34D2 and orifices distributed along the longitudinal edges 32E1, 32E2, 34E1, 34E2.

Le nombre et la répartition des orifices 42 et 44 le long des bords 30D1, 30D2, 30E1 et 30E2 du cadre 30 peuvent être différents de ceux représentés sur les figures. En particulier, ces orifices peuvent être au nombre de 1 ou 2 par bord, ou en nombre supérieur ou égal à 4. En outre, les orifices ne sont pas forcément disposés par paires, ni de façon alternée.The number and distribution of the orifices 42 and 44 along the edges 30D1, 30D2, 30E1 and 30E2 of the frame 30 may be different from those shown in the figures. In particular, these orifices may be 1 or 2 per edge, or greater than or equal to 4. In addition, the orifices are not necessarily arranged in pairs, nor in an alternating manner.

Quel que soit le mode de réalisation ou la variante considéré, la quantité de colle Q2 ou Q4 présente dans un orifice 42 ou 44 ne remplit pas forcément tout le volume de cet orifice.Whatever the embodiment or variant considered, the quantity of glue Q2 or Q4 present in an orifice 42 or 44 does not necessarily fill the entire volume of this orifice.

Les modes de réalisation et variantes envisagés ci-dessus peuvent être combinés pour générer de nouveaux modes de réalisation de l’invention.The embodiments and variants considered above can be combined to generate new embodiments of the invention.

Claims (13)

Assemblage membrane-électrode (2) de pile à combustible (8), cet assemblage comprenant
  • une membrane (22, 25) ;
un cadre (30) supportant la membrane, ce cadre étant bipartite et comprenant
  • un premier demi-cadre (32) supportant la membrane et disposé sur un premier côté de la membrane ;
  • un deuxième demi-cadre (34) supportant la membrane et disposé sur un deuxième côté de la membrane ; et
  • au moins une couche de diffusion (28) recouvrant la membrane et une partie du cadre,
au moins le deuxième demi-cadre (34) étant enduit, sur une surface (S34) en regard du premier demi-cadre (32), d’une couche de colle pour la solidarisation des demi-cadres,
caractérisé en ce que
  • des premiers orifices (42) aménagés à travers le premier demi-cadre (32) sont disposés en regard de la couche de diffusion (28), selon une direction (A30) perpendiculaire à un plan principal de la membrane (π22); et
  • la couche de diffusion (28) est solidarisée au cadre (30) par une quantité (Q2) de colle qui s’étend à travers les premiers orifices (42) et qui provient de la colle enduite sur la surface en regard (S34) du deuxième demi-cadre (34).
Membrane-electrode assembly (2) of fuel cell (8), this assembly comprising
  • a membrane (22, 25);
a frame (30) supporting the membrane, this frame being bipartite and comprising
  • a first half-frame (32) supporting the membrane and disposed on a first side of the membrane;
  • a second half-frame (34) supporting the membrane and disposed on a second side of the membrane; And
  • at least one diffusion layer (28) covering the membrane and part of the frame,
at least the second half-frame (34) being coated, on a surface (S34) facing the first half-frame (32), with a layer of glue for securing the half-frames,
characterized in that
  • first orifices (42) arranged through the first half-frame (32) are arranged facing the diffusion layer (28), in a direction (A30) perpendicular to a main plane of the membrane (π22); And
  • the diffusion layer (28) is secured to the frame (30) by a quantity (Q2) of glue which extends through the first orifices (42) and which comes from the glue coated on the facing surface (S34) of the second half-frame (34).
Assemblage membrane-électrode selon la revendication 1, caractérisé en ce que l’assemblage membrane-électrode comprend
  • une première couche de diffusion (28) disposée sur un premier côté de la membrane (22, 25) et qui recouvre partiellement le premier demi-cadre (32) ; et
  • une deuxième couche de diffusion (29) disposée sur un deuxième côté de la membrane et qui recouvre partiellement le deuxième demi-cadre (34) ;
et en ce que la deuxième couche de diffusion (29) est solidarisée au cadre par une deuxième quantité (Q4) de colle qui s’étend à travers des deuxièmes orifices (44) aménagés à travers le deuxième demi-cadre (34) et qui provient de la colle enduite sur la surface en regard (S32) du premier demi-cadre (32).
Membrane-electrode assembly according to claim 1, characterized in that the membrane-electrode assembly comprises
  • a first diffusion layer (28) arranged on a first side of the membrane (22, 25) and which partially covers the first half-frame (32); And
  • a second diffusion layer (29) arranged on a second side of the membrane and which partially covers the second half-frame (34);
and in that the second diffusion layer (29) is secured to the frame by a second quantity (Q4) of glue which extends through second orifices (44) provided through the second half-frame (34) and which comes from the glue coated on the facing surface (S32) of the first half-frame (32).
Assemblage membrane-électrode selon la revendication 2, caractérisé en ce que les premiers et deuxièmes orifices (42, 44) sont décalés les uns par rapport aux autres selon au moins une direction parallèle à un plan principal (π22) de la membrane (22, 25), de sorte qu’il n’existe pas de superposition entre ces orifices.Membrane-electrode assembly according to claim 2, characterized in that the first and second orifices (42, 44) are offset relative to each other in at least one direction parallel to a main plane (π22) of the membrane (22, 25), so that there is no overlap between these orifices. Assemblage membrane-électrode selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque orifice (42, 44) aménagé à travers un demi-cadre (32, 34) présente une section dont l’aire est inférieure ou égale à 50 mm², de préférence à 20 mm², avec une forme préférentiellement circulaire, rectangulaire ou oblongue.Membrane-electrode assembly according to one of the preceding claims, characterized in that each orifice (42, 44) arranged through a half-frame (32, 34) has a section whose area is less than or equal to 50 mm², preferably 20 mm², with a preferably circular, rectangular or oblong shape. Assemblage membrane-électrode selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque orifice (42, 44) aménagé à travers un demi-cadre (32, 34) présente une section dont l’aire est supérieure ou égale à 5 mm², de préférence à 10 mm², avec une forme préférentiellement circulaire, rectangulaire ou oblongue.Membrane-electrode assembly according to one of the preceding claims, characterized in that each orifice (42, 44) arranged through a half-frame (32, 34) has a section whose area is greater than or equal to 5 mm², preferably 10 mm², with a preferably circular, rectangular or oblong shape. Assemblage membrane-électrode selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la colle est thermo-activable et à base de polymère thermoplastique, notamment de copolymère EVA.Membrane-electrode assembly according to one of the preceding claims, characterized in that the glue is heat-activatable and based on thermoplastic polymer, in particular EVA copolymer. Assemblage membrane-électrode selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’une bande de recouvrement du cadre par la couche de diffusion présente une largeur (d2, d4) comprise dans la gamme allant de 4 à 15 mmm, de préférence dans la gamme allant de 5 à 10 mm.Membrane-electrode assembly according to one of the preceding claims, characterized in that a strip covering the frame by the diffusion layer has a width (d2, d4) in the range from 4 to 15 mm, preferably in the range going from 5 to 10 mm. Procédé de fabrication d’un assemblage membrane-électrode (2) de pile à combustible (8), cet assemblage comprenant
  • une membrane (22, 25);
un cadre (30) supportant la membrane, ce cadre étant bipartite et comprenant
  • un premier demi-cadre (32) supportant la membrane (22, 25) et disposé sur un premier côté de la membrane ;
  • un deuxième demi-cadre (34) supportant la membrane et disposé sur un deuxième côté de la membrane ; et
  • au moins une couche de diffusion (28) recouvrant la membrane et une partie du cadre,
ce procédé comprenant au moins
  • une étape préalable d’enduction d’une première surface (S34) d’au moins le deuxième demi-cadre (34) avec une colle ;
  • une étape de solidarisation du cadre (30) et de la membrane (22, 25) par application de la première surface du deuxième demi-cadre, enduite de colle, contre une première surface (S32) du premier demi-cadre ; et
  • une étape de dépôt la couche de diffusion (28) sur une deuxième surface (S’32,) du premier demi-cadre (32), opposée à la première surface (S32) de ce premier demi-cadre (32) qui est en regard de la première surface (S34) du deuxième-demi cadre (34),
ce procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend une étape de solidarisation de la couche de diffusion (28) et du premier demi-cadre (32) par migration de la colle enduite sur la première surface (S34) du deuxième demi-cadre (34), vers une surface (S28) de la couche de diffusion, à travers des premiers orifices (42) aménagés, à travers le premier demi-cadre, entre ses première et deuxième surfaces (S32, S’32).
Method for manufacturing a membrane-electrode assembly (2) of a fuel cell (8), this assembly comprising
  • a membrane (22, 25);
a frame (30) supporting the membrane, this frame being bipartite and comprising
  • a first half-frame (32) supporting the membrane (22, 25) and arranged on a first side of the membrane;
  • a second half-frame (34) supporting the membrane and disposed on a second side of the membrane; And
  • at least one diffusion layer (28) covering the membrane and part of the frame,
this process comprising at least
  • a preliminary step of coating a first surface (S34) of at least the second half-frame (34) with glue;
  • a step of joining the frame (30) and the membrane (22, 25) by applying the first surface of the second half-frame, coated with glue, against a first surface (S32) of the first half-frame; And
  • a step of depositing the diffusion layer (28) on a second surface (S'32,) of the first half-frame (32), opposite the first surface (S32) of this first half-frame (32) which is in view of the first surface (S34) of the second half-frame (34),
this method being characterized in that it comprises a step of joining the diffusion layer (28) and the first half-frame (32) by migration of the glue coated on the first surface (S34) of the second half-frame ( 34), towards a surface (S28) of the diffusion layer, through first orifices (42) provided, through the first half-frame, between its first and second surfaces (S32, S'32).
Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’assemblage membrane-électrode comprend
  • une première couche de diffusion (28) disposée sur le premier côté de la membrane (22, 25) et qui recouvre partiellement le premier demi-cadre (32); et
  • une deuxième couche de diffusion (29) disposée sur le deuxième côté de la membrane et qui recouvre partiellement le deuxième demi-cadre (34);
en ce que l’étape préalable est une étape d’enduction des premières surfaces (S32, S34) des premier et deuxième demi-cadres (32, 34) avec une colle ;
et en ce que, lors de l’étape de solidarisation, la première couche de diffusion (28) est solidarisée au premier demi-cadre (32) par migration de la colle enduite sur la première surface (S34) du deuxième demi-cadre (34), vers une surface (S28) de la première couche de diffusion, à travers des premiers orifices (42) aménagés à travers le premier demi-cadre, entre ses première et deuxième surfaces (S32, S’32), alors que la deuxième couche de diffusion (29) est solidarisée au deuxième demi-cadre (34) par migration de la colle enduite sur la première surface (S32) du premier demi-cadre (32), vers une surface (S29) de la deuxième couche de diffusion, à travers des premiers orifices (44) aménagés à travers le deuxième demi-cadre, entre ses première et deuxième surfaces (S34, S’34).
Method according to claim 8, characterized in that the membrane-electrode assembly comprises
  • a first diffusion layer (28) disposed on the first side of the membrane (22, 25) and which partially covers the first half-frame (32); And
  • a second diffusion layer (29) disposed on the second side of the membrane and which partially covers the second half-frame (34);
in that the preliminary step is a step of coating the first surfaces (S32, S34) of the first and second half-frames (32, 34) with an adhesive;
and in that, during the joining step, the first diffusion layer (28) is joined to the first half-frame (32) by migration of the glue coated on the first surface (S34) of the second half-frame ( 34), towards a surface (S28) of the first diffusion layer, through first orifices (42) provided through the first half-frame, between its first and second surfaces (S32, S'32), while the second diffusion layer (29) is secured to the second half-frame (34) by migration of the glue coated on the first surface (S32) of the first half-frame (32), towards a surface (S29) of the second layer of diffusion, through first orifices (44) arranged through the second half-frame, between its first and second surfaces (S34, S'34).
Procédé selon l’une des revendication 8 et 9 caractérisé en ce que l’étape de solidarisation comprend une sous-étape de pressage, une sous étape de chauffage et/ou une sous-étape de mise en vibration pour la migration de la colle à travers les orifices (42, 44) ménagés à travers le ou les demi-cadre (32, 34).Method according to one of claims 8 and 9 characterized in that the joining step comprises a pressing sub-step, a heating sub-step and/or a vibrating sub-step for the migration of the glue to through the orifices (42, 44) provided through the half-frame(s) (32, 34). Procédé selon l’une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que l’étape de solidarisation du cadre (30) et de la membrane (22, 25) et l’étape de solidarisation de la couche de diffusion (28, 29) sur le demi-cadre correspondant (32, 34), par migration de la colle enduite sur la première surface (S32, S34) de l’autre demi-cadre, sont simultanées.Method according to one of claims 8 to 10, characterized in that the step of joining the frame (30) and the membrane (22, 25) and the step of joining the diffusion layer (28, 29) on the corresponding half-frame (32, 34), by migration of the glue coated on the first surface (S32, S34) of the other half-frame, are simultaneous. Procédé selon l’une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que l’étape de solidarisation de la couche de diffusion (28, 29) sur le demi-cadre (30) correspondant, par migration de la colle enduite sur la première surface (S32, S34) de l’autre demi-cadre, est effectuée en soumettant cette colle à des ultrasons.Method according to one of claims 8 to 11, characterized in that the step of securing the diffusion layer (28, 29) to the corresponding half-frame (30), by migration of the glue coated on the first surface (S32, S34) of the other half-frame, is carried out by subjecting this glue to ultrasound. Pile à combustible (8) comprenant au moins un empilement (6) de cellules électrochimiques (60) formées par des assemblages membrane-électrode (2) et des plaques bipolaires (4), caractérisé en ce que l’un au moins des assemblages membrane-électrode (2) est selon l’une des revendications 1 à 7 ou fabriqué par un procédé selon l’une des revendications 8 à 12 et, de préférence, tous les assemblages membrane-électrode sont selon l’une des revendications 1 à 7 ou fabriqués par un procédé selon l’une des revendications 8 à 12 .Fuel cell (8) comprising at least one stack (6) of electrochemical cells (60) formed by membrane-electrode assemblies (2) and bipolar plates (4), characterized in that at least one of the membrane assemblies -electrode (2) is according to one of claims 1 to 7 or manufactured by a process according to one of claims 8 to 12 and, preferably, all the membrane-electrode assemblies are according to one of claims 1 to 7 or manufactured by a process according to one of claims 8 to 12.
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