FR3141095A1 - Lame composite multicouche destinée aux piles à combustible hydrogène - Google Patents
Lame composite multicouche destinée aux piles à combustible hydrogène Download PDFInfo
- Publication number
- FR3141095A1 FR3141095A1 FR2210979A FR2210979A FR3141095A1 FR 3141095 A1 FR3141095 A1 FR 3141095A1 FR 2210979 A FR2210979 A FR 2210979A FR 2210979 A FR2210979 A FR 2210979A FR 3141095 A1 FR3141095 A1 FR 3141095A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- layer
- blade
- conductive
- dry
- composite blade
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 158
- 239000000446 fuel Substances 0.000 title abstract description 20
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title description 10
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 267
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 37
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 32
- 239000013047 polymeric layer Substances 0.000 claims abstract description 31
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 23
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 claims abstract description 21
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 37
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 14
- 238000000748 compression moulding Methods 0.000 claims description 13
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 claims description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 239000012783 reinforcing fiber Substances 0.000 claims description 11
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 8
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 8
- 239000004416 thermosoftening plastic Substances 0.000 claims description 8
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 6
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 6
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 5
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 5
- 238000003490 calendering Methods 0.000 claims description 4
- 239000006229 carbon black Substances 0.000 claims description 4
- 235000019241 carbon black Nutrition 0.000 claims description 4
- 239000004634 thermosetting polymer Substances 0.000 claims description 4
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 3
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 3
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 239000004760 aramid Substances 0.000 claims description 2
- 229920003235 aromatic polyamide Polymers 0.000 claims description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 2
- 238000004512 die casting Methods 0.000 claims description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 claims description 2
- 229910021392 nanocarbon Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002071 nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 claims description 2
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 12
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 10
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 9
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 5
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 5
- 229920002959 polymer blend Polymers 0.000 description 5
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 5
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 3
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000004049 embossing Methods 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000007596 consolidation process Methods 0.000 description 2
- 229920001568 phenolic resin Polymers 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 229920000914 Metallic fiber Polymers 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- 229920001807 Urea-formaldehyde Polymers 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 150000005130 benzoxazines Chemical class 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 150000001913 cyanates Chemical class 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229940082150 encore Drugs 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 125000003700 epoxy group Chemical group 0.000 description 1
- 150000002148 esters Chemical class 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 230000005923 long-lasting effect Effects 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 150000007974 melamines Chemical class 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000013528 metallic particle Substances 0.000 description 1
- 239000000178 monomer Substances 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 229920003192 poly(bis maleimide) Polymers 0.000 description 1
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 description 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 1
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- -1 polypropylenes Polymers 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229920006305 unsaturated polyester Polymers 0.000 description 1
- 229920001567 vinyl ester resin Polymers 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0223—Composites
- H01M8/0228—Composites in the form of layered or coated products
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0206—Metals or alloys
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0213—Gas-impermeable carbon-containing materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0215—Glass; Ceramic materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0221—Organic resins; Organic polymers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0204—Non-porous and characterised by the material
- H01M8/0223—Composites
- H01M8/0226—Composites in the form of mixtures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
La présente invention concerne une lame composite multicouche conductrice électriquement, insensible à la corrosion, étanche, rigide et formable, pour plaque d’écoulement de fluide et plaque bipolaire comprenant : au moins une couche sèche poreuse (1) comprenant un ensemble de renfort sec pour le renforcement structurel et de charges conductrices permettant l’amélioration de la conductivité électrique; au moins une couche conductrice (2); au moins une couche polymérique (3) d’une matrice polymère intercalées entre au moins une couche sèche poreuse (1) et une couche conductrice (2), caractérisée en ce que le polymère thermoplastique (3) pénètre dans l’épaisseur de la couche sèche (1), et adhère à la couche conductrice (2), formant une matrice polymérique assurant la liaison entre la couche sèche et la couche conductrice. La charge conductrice (11) dans la couche sèche de renfort (10) est présente en une quantité suffisante pour rendre la composition, après avoir été moulée en une plaque, électriquement conductrice avec une résistance spécifique surfacique (aussi nommé ASR), inférieure à 15mΩ.cm². Dans un mode de réalisation préféré, la lame résultante peut être utilisée comme une plaque bipolaire qui est interposée entre deux unités de pile à combustible.
Description
L’invention appartient au domaine général de l’industrie, plus spécifiquement, au domaine de fourniture de plaques bipolaires. Elle vise notamment la fabrication, plus spécifiquement dédiée, à la réalisation de piles à combustible, notamment permettant le fonctionnement de piles à hydrogène.
La mise en œuvre de plaques bipolaires dans une pile à combustible a pour but de convertir l’énergie chimique apportée par l’hydrogène et l’oxygène en énergie électrique. Cette réaction se produit grâce à une anode et une cathode séparées par une membrane.
Cet ensemble appelé “ une cellule’’ comprend donc une plaque bipolaire (anode) recevant de l’hydrogène, une membrane d’assemblage des électrodes (AME) et une plaque bipolaire recevant l’oxygène (cathode).
La réaction chimique produisant de la chaleur, un circuit de liquide de refroidissement est prévu entre les cellules.
Les plaques bipolaires comprennent :
- Un circuit de canaux de transfert de fluide ou de gaz sur une face, destiné à faire circuler soit l’hydrogène soit l’oxygène entre elle et la membrane.
- Un circuit de canaux de transfert de fluide ou de gaz sur l’autre face destiné à faire circuler le liquide de refroidissement entre elles
La réalisation de ces plaques bipolaires s’effectue traditionnellement à partir soit de plaques d’acier soit des plaques de graphite que l’on usine afin d’aboutir à la formation des canaux souhaités, d’une profondeur et largeur définie, en surface des pièces.
Si les éléments ainsi obtenus présentent et développent les performances souhaitées, en revanche, leur réalisation selon le procédé décrit précédemment engendre une mise en œuvre relativement importante résultant des usinages de précision.
D’autre part
- Les piles à combustibles sont composées d’un grand nombre de plaques bipolaires. Celles-ci fabriquées selon la technique vue précédemment ont une épaisseur comprise entre 1mm et 5mm. La largeur des piles à combustible devient vite importante par l’empilage des plaques bipolaires.
- De même le poids de chaque plaque est important et doit être le plus réduit possible pour diminuer au maximum le poids final de la pile à combustible.
- Les plaques bipolaires, étant en contact avec des liquides de refroidissement agressifs, doivent recevoir un traitement anticorrosion en ce qui concerne les plaques en acier.
- Concernant les plaques en graphite, leurs épaisseurs, de l’ordre de plusieurs millimètres voire centimètres, ne peuvent pas être réduites en raison de leur fragilité, et un revêtement assurant l’étanchéité doit être appliqué.
- Les plaques doivent avoir une très bonne conductivité électrique ce qui demande des traitements spéciaux dans les deux cas, acier ou graphite.
L’objectif recherché par la présente invention est de proposer des plaques bipolaires :
- Inoxydables
- Légères
- De faible épaisseur, 0.5 à 2 dixièmes de millimètre
- Ayant une très bonne conductivité électrique
- Etanches aux gaz et liquides comme l’oxygène, l’hydrogène, ou l’eau
- Opérationnelles à haute température
- Rigide et formable
- Faciles à réaliser industriellement
Par ailleurs, l’invention vise également des plaques bipolaires immédiatement utilisables par les opérateurs, c’est-à-dire sans nécessiter d’y adjoindre un quelconque élément supplémentaire.
A cet effet, l’invention vise la mise en œuvre d’une technique de fabrication spécifique avec des matériaux spécifiques pour la réalisation de plaques bipolaires en composite.
Cette technique est basée sur la compression à haute température (entre 200°C et 400°) de diverses couches de produits techniques entre les empreintes d’un outillage fabriqué à cet effet. Cet outillage spécifique est composé, principalement, d’une empreinte mâle possédant, sur sa face interne, les contre-formes femelles correspondant à la forme à obtenir des canaux de passage des gaz ou liquides et une empreinte femelle possédant, sur sa face externe, les contre-formes mâles correspondant à la forme à obtenir des canaux de passage des gaz ou liquides.
Les matériaux techniques sont prévus pour apporter une fois assemblés par compression à haute température toutes les caractéristiques demandées à ces plaques bipolaires :
- Inoxydables
- Légères
- De faible épaisseur, 0.5 à 2 dixièmes de millimètre
- Ayant une très bonne conductivité électrique
- Etanches aux gaz et liquides comme l’oxygène, l’hydrogène, ou l’eau
- Opérationnelles à haute température
- Rigide et formable
- Faciles à réaliser industriellement
Avantageusement les matériaux utilisés pour être compressés entre eux pour former les plaques bipolaires à obtenir sont :
- Au moins une couche sèche poreuse comprenant un ensemble de fibres de renfort sec pour le renforcement structurel et de charges conductrices non métalliques permettant l’amélioration de la conductivité électrique.
- Au moins une couche conductrice non métallique d’une matière graphitique.
- Au moins une couche polymérique d’une matrice polymère intercalées entre au moins une couche sèche poreuse et une couche conductrice, caractérisée en ce que le polymère thermoplastique pénètre dans l’épaisseur de la couche sèche, et s’agrège à la couche conductrice, formant une matrice polymérique assurant la liaison entre la couche sèche et la couche conductrice.
En d’autres termes, l’invention consiste à proposer des plaques bipolaires sous forme de lames bipolaires composites permettant de réduire le poids et l’encombrement d’une pile à combustible. Réalisable à grande échelle par une technique simple et économique. De grande longévité par leurs caractéristiques de résistance à la température et d’in-oxydabilité.
La manière dont l’invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif et non limitatif, à l’appui des Figures annexées.
La présente invention concerne une lame composite multicouche figure 2 A, B, C, conductrice électriquement, insensible à la corrosion (non métallique), étanche, rigide et formable, pour plaque d’écoulement de fluide et plaque bipolaire comprenant :
- Au moins une couche sèche poreuse représentée sur les figures 1 A, B, C (1) comprenant un ensemble de fibres de renfort sec pour le renforcement structurel et de charges conductrices non métalliques permettant l’amélioration de la conductivité électrique.
- Au moins une couche conductrice représentée sur les figures 1 A, B, C (2) non métallique d’une matière graphitique.
- Au moins une couche polymérique figure 1 A, B, C (3) d’une matrice polymère intercalées entre au moins une couche sèche poreuse (1) et une couche conductrice (2), caractérisée en ce que le polymère thermoplastique (12) pénètre dans l’épaisseur de la couche sèche (1), et adhère à la couche conductrice, formant une matrice polymérique assurant la liaison entre la couche sèche et la couche conductrice.
- La lame composite résultante, après moulage,
- La lame composite résultante, après moulage,
- La lame composite résultante, après moulage,
- Dans le cadre de l’invention, la couche polymérique figure 1 A, B, C (3) de préférence thermoplastique qui forme la matrice pénètre dans l’épaisseur de la couche sèche poreuse. Cette pénétration permet d’assurer une liaison forte entre la couche sèche poreuse, figure 1 A, B, C (1) et la couche conductrice figure 1 A, B, C (2) juxtaposée de l’empilement.
- La charge conductrice dans la couche sèche de renfort
- Dans un mode de réalisation préféré, lorsque les couches supérieure et inférieure sont en matière graphitique et sont liées par une couche composite de matrice polymère électriquement conductrice, la lame résultante figure 2 A, B, C peut être utilisée comme une plaque bipolaire qui est interposée entre deux unités de pile à combustible.
Les figures 1 A, B, C, D représentent la composition d’une lame composite plane avant moulage. La composition est créée par assemblage ou superposition de couches. Le centre est composée d’une couche sèche poreuse (1), prise en sandwich entre deux couches polymériques (3) telle que la couche polymérique (3) est prédisposée à pénétrer dans l’épaisseur de la couche sèche poreuse (1) et à adhérer à la couche conductrice (2).
Dans un mode de réalisation de la présente invention, la couche conductrice (2) est une feuille de graphite calandrée, mais peut être un film ou une feuille électriquement conductrice. Comme un papier carbone, un voile de carbone, un tissu de carbone ou de graphite, un film polymère conducteur, une feuille métallique ou une grille métallique.
Les différentes couches conductrices (2) de la composition de la lame (5) pouvant avoir des épaisseurs différentes.
La est une lame composite à trois couches après moulage constituée d’une couche composite (renfort-charge-polymère) (4) au centre prise en sandwich entre une première couche conductrice (supérieure) (2) et une deuxième couche conductrice (inférieure) (2). De préférence, les deux couches conductrices (2) sont des feuilles de graphite. La partie centrale est composée d’une couche sèche poreuse (1), et d’une couche polymérique (3) devenues couche composite (4) telle que la couche polymérique (3) qui forme la matrice de la lame (5) telle qu'une résine thermodurcissable (qui peut être durcie par la chaleur ou un rayonnement), une résine thermoplastique (qui peut être fondue et puis solidifié par refroidissement), un monomère ou précurseur cyclique (polymérisable), pénètre dans l’épaisseur de la couche sèche poreuse (1). Cette pénétration permet d’assurer une liaison forte (13) entre la couche sèche (1) et la couche conductrice (2) juxtaposée de l’empilement. Cette pénétration de la matrice polymère dans la couche de renfort sec créée une nouvelle structure présentant un caractère unitaire, cohérent et non poreux nommée couche composite (4).
La est une variante selon la description de la de la lame bipolaire composite (5) ici à deux couches après moulage constituée d’une couche composite (4) et une couche conductrice (2). La est une variante de la lame composite (5) ici à une couche après moulage constituée d’une couche composite (4) uniquement.
Lorsque les couches supérieure et inférieure (2), en matière graphitique, liées par la couche composite (4) électriquement conductrice, la lame à trois couches résultantes peut être utilisée comme une plaque bipolaire qui est interposée entre deux unités de pile à combustible. Dans ce cas, chaque couche conductrice (2) graphitique a une surface extérieure dans laquelle sont moulés des canaux d'écoulement de fluide comme sur les figures 3 C, 4 C, 5 C, 7 C, 8 C, 9 C (8)(19).
Les montrent schématiquement une lame composite à trois couches moulée composée d'une couche composite (4) prise en sandwich entre deux couches conductrices (2). Les canaux de champ d'écoulement (8) sont créés sur les surfaces inférieure et supérieure lors du moulage en compression (9), qui forment ces canaux (8) par fluage de la matière dans la cavité du moule (6) (7) sous pression. La géométrie des canaux correspond à la géométrie de l’empreinte du moule de compression (6) et (7).
Les sont une variante de la représentent schématiquement une lame composite à deux couches moulée composée d'une couche composite (4) et d’une couche conductrice (2). Les canaux de champ d'écoulement (8) sont créés sur les surfaces inférieure et supérieure lors du moulage en compression (9), qui forment ces canaux (8) par fluage de la matière dans la cavité du moule (6) (7) sous pression. La géométrie des canaux correspond à la géométrie de l’empreinte du moule de compression (6) et (7). Autre variante non représentée, la lame composite C est composée uniquement de la couche composite (4) .
Les montrent schématiquement une lame composite à deux couches à base sans canaux (15) moulée composée d'une couche composite (4) et d’une couche conductrice (2). Les canaux de champ d'écoulement (8) sont créés sur une surface lors du moulage en compression (9), qui forment ces canaux par fluage de la matière dans la cavité (6) du moule sous pression. La surface sans canaux est formée par la cavité (14) du moule (9) sous pression. La géométrie des canaux (8) correspond à la géométrie de l’empreinte du moule de compression (6). En variante non représentée de la C, les canaux (8) sont créés du côté de la surface de la couche composite (4). Autre variante non représentée, la lame composite C est composée uniquement de la couche composite (4). Autre variante non représentée, la lame composite C est formée à partir d’une lame à trois couches .
Les représentent une lame composite (5) sans canaux composée uniquement de la couche composite (4). Autre variante non représentée, la lame composite C est formée à partir d’une lame à deux couches . Autre variante non représentée, la lame composite C est formée à partir d’une lame à trois couches .
Les montrent schématiquement une lame composite à trois couches mono épaisseur moulée composée d'une couche composite (4) prise en sandwich entre deux couches conductrices (2). Les canaux de champ d'écoulement (19) sont naturellement créés des deux côtés de la lame en raison du profil géométrique alternatif. Lors du moulage en compression (9), les couches conductrices (2) et composites (4) se forment sur l’empreinte du moule pour créés les canaux (19). La géométrie des canaux correspond à la géométrie des empreintes (17) et (18) du moule de compression.
Les montrent schématiquement une lame composite à deux couches mono épaisseur moulée composée d'une couche composite (4) et d’une couche conductrice (2). Les canaux de champ d'écoulement (19) sont naturellement créés des deux côtés de la lame en raison du profil géométrique alternatif. Lors du moulage en compression (9), les couches conductrices (2) et composites (4) se forment sur l’empreinte du moule pour créés les canaux (19). La géométrie des canaux correspond à la géométrie des empreintes (17) et (18) du moule de compression.
Les montrent schématiquement une lame composite mono épaisseur à une couche moulée composée uniquement de la couche composite (4) selon figure 2 C. Les canaux de champ d'écoulement (19) sont naturellement créés des deux côtés de la lame en raison du profil géométrique alternatif. Lors du moulage en compression (9), les couches (1) et (3) se forment sur l’empreinte du moule pour créés les canaux (19). La géométrie des canaux correspond à la géométrie des empreintes (17) et (18) du moule de compression.
Ces canaux d'écoulement sont de préférence créés par gaufrage ou moulage par compression figures 3 à 9 (9), pendant la fabrication sur une base continue, ou après la fabrication de la lame composite multicouche (5) ou de la couche composite (4). Le gaufrage ou le pressage de moules assortis figures 3 à 9 est effectué avant, pendant et/ou après la pénétration de la couche polymérique (3) dans l’épaisseur de la couche sèche poreuse (1) pour produire des canaux d'écoulement (8)(19) sur la surface externe.
En variante supplémentaire, un autre mode de réalisation préféré de la présente invention est une lame composite (5) à deux couches comprenant une (première) couche conductrice graphitique (2) recouverte d'une couche conductrice de renfort-charge-polymère, appelée couche composite (4).
En particulier, la couche sèche comporte un empilement de 1 à 4 couches de fibres de renfort (10), de préférence au moins 1 couche sèche de renfort sec, ces couches se trouvent en surface ou à l’intérieur de l’empilement composite multicouche constituant la lame .
Par « couche sèche poreuse », on entend une couche perméable permettant de laisser un liquide tel qu’une résine, un plastique fondu, ou un gaz tel que de l’air qui seraient injectés ou infusés au travers de la couche le contenant, lors de la constitution de la lame composite (5) ou couche composite (4).
Selon des modes de réalisations préférées, les couches sèches de fibres de renfort (10) sont des renforts fibreux comme des tissus, des non tissés, des voiles, des nappes, des grilles, des dépôts de fibres ou de préférence des voiles constituées de fibres orientées dans toutes les directions. En général, les fibres de renfort (10) de la couche sèche (1) sont des fibres de carbone, de verre, d’aramide ou de céramique, les fibres de carbone étant particulièrement préférées.
De manière avantageuse, le ou les renforts secs fibreux (10) présent(s) dans la couche sèche (1) a (ont) une masse surfacique comprise dans la gamme allant de 5g/m² à 100g/m². De façon préférée, le renfort ou chacun des renforts présents dans la couche sèche (1) initiale à une épaisseur de 10 à 200 microns, de préférence de 50 à 100 microns. Les différentes couches sèches (1) de la composition de la lame (5) et (4) pouvant avoir des épaisseurs différentes.
Dans le cadre de l’invention, la couche sèche poreuse est qualifiée de « sèche », car elle comprend une part polymérique représentant au plus 10% de la masse totale de la couche, de préférence de 2% à 6% de la masse totale de la couche, assurant la liaison des fibres de renfort (10). Cette part polymérique ne comprend pas la quantité de polymère (12) ayant pénétré dans la couche sèche (1).
Cette part polymérique peut, en particulier, être un polymère thermoplastique, un polymère comprenant une part thermoplastique, un polymère thermodurcissable ou un mélange de tels polymères.
Dans la composition de la lame bipolaire composite (5) susmentionnée, la charge conductrice de la couche sèche (1) comprend un matériau conducteur (11) choisi dans le groupe constitué de fibres de carbone, de poudre de graphite, de poudre de carbone, de fibres métalliques, de noirs de carbone, de particules métalliques, et leurs combinaisons. Le matériau conducteur (11), de la couche sèche (1) est présent en une quantité entre 15 % et 60 % en masse, préférentiellement 30% en masse, par rapport à la masse totale de la couche composite renfort-charge-polymère (4).
De préférence, la lame composite multicouche (5) telle que définie ci-dessus comporte une couche composite (4) ayant une épaisseur au plus égale à l'épaisseur d'une couche conductrice (2) graphitique, ou supérieure à la couche conductrice (2).
La charge conductrice (11) dans le mélange de polymère (12) peut être choisie parmi des particules de petite taille de préférence inférieure à 100 microns, telles qu'un noir de carbone, une poudre de graphite, une poudre de carbone, des nanotubes de carbone, des nano fibres de carbone, du graphène, une poudre métallique ou une combinaison de ceux-ci.
Le type et la proportion de la charge conductrice (11) sont choisis de préférence de manière à ce que l’ASR (résistance spécifique surfacique) dans l’épaisseur soit inférieure à 15mΩ.cm². De préférence encore, lorsque la proportion de charge conductrice (11) dans la couche composite (4) est comprise entre 20% et 50% en poids, la conductivité dans le sens de l'épaisseur est suffisamment élevée pour que la résistance spécifique surfacique soit inférieure à 10mΩ.cm², dépassant de loin l'objectif de conductivité pour les plaques bipolaires composites.
Dans le cadre de l’invention, le matériau de charge conductrice (11) est déposé sur le renfort sec (10) par saupoudrage, contre collage, dispersion, infiltration, et procédé de la même famille. Le matériau de charge (11) déposé à la surface pénètre dans l’épaisseur de la couche sèche de renfort (10). Une composition renfort-charge est obtenue . De préférence, la charge conductrice (11) est une poudre de graphite ou de la poudre de carbone, ou un mélange des deux.
De manière avantageuse, dans la lame composite, la couche sèche de fibre de renfort avec la charge (1) incluse présente une épaisseur moyenne de 0.05mm, de préférence de 0.02mm à 0.1mm, et de préférence inférieure à 0.2mm. Les différentes couches composites (4) de la composition de la lame (5) pouvant avoir des épaisseurs différentes.
En particulier, la ou les couche(s) polymérique(s) figures 1 A, B, C, D (3), quel que soit le mode de mise en œuvre de l’invention, est (sont) une grille, un dépôt de poudre, un dépôt de fibres, un tissu, un non-tissé, un voile, ou de préférence un film.
De manière préférée, le polymère (12) de la couche polymérique (3) destiné à former la lame (5) et (4) est un thermoplastique. En général, le polymère thermoplastique (12) de la lame (5) et (4) représente au moins 30% en masse de la couche composite (4), de préférence de 30% à 70% en masse de la couche composite.
De manière avantageuse, dans la lame composite multicouche (5) et (4), la couche polymérique (3) présente une épaisseur moyenne de 0.025mm, de préférence de 0.01mm à 0.1mm, et de préférence inférieure à 0.1mm. Les différentes couches polymériques (3) de la composition de la lame (5) et (4) pouvant avoir des épaisseurs différentes.
La fabrication de la lame composite par moulage en compression (9) ou calandrage en continu met en œuvre, en tant qu’étape finale, une étape de diffusion, par infusion ou injection, d’un polymère (12) thermodurcissable, thermoplastique ou d’un mélange de résines thermodurcissable et thermoplastique au sein du ou des couches sèches et conductrices (1) présentes, suivie d’une étape de consolidation de la pièce souhaitée par une étape de polymérisation/réticulation/cristallisation suivant un cycle défini en température et sous pression, et d’une étape de refroidissement. Selon un mode de réalisation particulier, adapté par ailleurs à toutes les variantes de mise en œuvre décrites en relation avec l’invention, les étapes de diffusion, consolidation et refroidissement sont mises en œuvre dans un moule fermé (9).
Un second polymère (12) thermoplastique ou un thermodurcissable peut être utilisé pour ajuster la viscosité du mélange et pour aider à lier le renfort (12) et particules de charge (11) ensemble.
En particulier, le polymère (12) diffusé peut être de nature thermodurcissable ou de préférence thermoplastique, ou constituée d’un mélange de résines thermodurcissable et thermoplastique. A titre d’exemple de résine thermoplastique, on peut citer les polyamides, polyesters, polypropylènes, polyamide-imides, polyéthersulfones, polyimides, polyéthercétones, polyméthacrylates de méthyle, polyéthers aromatiques… Les résines thermodurcissables utilisables sont, en particulier, choisies parmi les époxydes, les polyesters insaturés, les vinylesters, les résines phénoliques, les polyimides, les bismaléimides, les résines phénol-formaldéhydes, urée-formaldéhydes, les 1,3,5-triazine-2,4,6-triamines, les benzoxazines, les esters de cyanates, et leurs mélanges. Une telle résine pourra également comprendre un ou plusieurs agents durcisseurs, bien connus de l’homme du métier pour être utilisés avec les polymères thermodurcissables sélectionnés. En particulier, l’invention sera mise en œuvre avec une résine thermoplastique lors de l’étape de compression (9).
La lame bipolaire composite multicouche (5) et (4) selon l’invention présente un caractère unitaire et cohérent. Aussi, non seulement la couche sèche (1) et la couche polymérique (3) sont liées entre elles, et forment une couche composite (4) qui se tient, mais la couche conductrice (2) est elle aussi liée à la couche composite (4). Une telle liaison est assurée grâce à la couche polymérique (3) qui assure un collage chimique ou mécanique avec toute la composition (1) (2) de la lame composite.
Lame composite multicouche présente une épaisseur entre 40 microns et 300 microns, préférentiellement entre 50 microns et 150 microns.
Selon un autre de ses aspects, l’invention concerne un procédé de fabrication d’une lame bipolaire composite multicouche comprenant :
- Au moins une couche sèche poreuse (1) comprenant un ensemble de fibres de renfort sec (10) et de charges conductrices (11) non métalliques
- Au moins une couche conductrice (2) non métallique d’une matière graphitique, figures 1 A, B, C.
- Au moins une couche polymérique (3) d’une matrice polymère intercalées entre au moins une couche sèche poreuse (1) et une couche conductrice (2), ledit procédé de fabrication comportant au moins une fois les étapes successives suivantes :
- Apposer au moins une couche sèche poreuse (1) comprenant un ensemble de fibres de renfort sec (10) et de charges conductrices (11) sur une zone de surface de la couche polymérique (3).
- Apposer au moins une couche conductrice (2) sur une zone de surface d’une couche polymérique (3).
- Réaliser, une opération de chauffe, de l’ensemble des couches de a) et b), conduisant à la fonte du polymère thermoplastique (3) et à sa pénétration partielle dans l’épaisseur de la couche (1).
- Réaliser un refroidissement, dans un moule, une opération de moulage en compression, conduisant à l’obtention d’une partie moulée, comprenant l’ensemble des couches c), avec une pénétration du polymère thermoplastique dans l’épaisseur totale de la couche (1), et un collage de la couche polymérique (3) avec la couche conductrice (2), ladite couche conductrice (2) se retrouvant ainsi liée, grâce à cette pénétration du polymère (12), dans le renfort sec (10) et la couche de charge (11) de a).
Les procédés de dépose utilisables pour former l’empilement de la lame bipolaire composite, que ce soit directement dans un moule ou pour la fabrication d’une préforme plane, voire d’une préforme selon une forme tridimensionnelle souhaitée, sont bien connus de l’homme du métier. Dans un mode de réalisation, il est possible que la couche sèche poreuse (1) et la couche polymérique (3) se trouve préalablement assemblé sous la forme d’une seule couche.
La A représente une vue de dessus d’une lame composite plane présentant une couche conductrice apposée sur une couche composite de dimension supérieure. La B représente une vue de coupe d’une lame composite à deux couches, présentant une couche conductrice apposée sur une couche composite de dimension supérieure. La C représente une vue de coupe d’une lame composite à trois couches, présentant deux couches conductrices des deux côtés d’une couche composite de dimension supérieure.
Les lames bipolaires composite aux figures 12 A, B, C peuvent être moulées en plaques bipolaires ou en plaques de champ d'écoulement comme représentées sur les figures 3 à 9.
De manière avantageuse, la couche composite (4) présente une dimension supérieure à la couche conductrice (2), figures 12 A, B, C.
Dans le cadre de l’invention, la couche conductrice (2) utilisée peut être préformée.
Dans le cadre de l’invention, les étapes de chauffe et de moulage en compression (9) entrainent la diffusion du polymère (12), qui, au final dans son état fondu, pénètre dans l’épaisseur de la couche poreuse sèche (1) et se colle à la couche conductrice (2) non poreuse. Les conditions de l’opération de moulage, en particulier la température, la pression et le temps utilisées seront adaptés, par l’homme de métier, pour obtenir une telle pénétration.
Dans certain mode de réalisation, applicable quelle que soit la variante de fabrication, un moule de forme approprié (6)(7)(14)(16)(17)(18) est utilisé pour obtenir une lame moulée de forme complexe, figures 3 à 9, par rapport à la forme de la lame plane, figures 2 A, B, C, de type plaque de distribution ou plaque bipolaire pour pile à combustible hydrogène.
La représente schématiquement une vue de dessus d’une lame bipolaire composite après moulage, représentant une couche conductrice apposée sur une couche composite de dimension supérieure, des canaux de transfert de fluides et des ouvertures d’écoulement (24) avec des joints d’étanchéité (23).
L’invention, utilisera de préférence, un moulage par compression, notamment sous une pression de 100bar et, de préférence, comprise entre 10 et 200bar, du polymère (12) pour la réalisation de la lame composite (5) et (4). La compression pourra aussi se réaliser sous vide d’air, ou sous vide partielle, de préférence, réalisée dans un moule fermé (9).
La lame bipolaire composite (5) et (4) est obtenue au final après une étape de traitement thermique. En particulier, la lame composite est obtenue généralement par un cycle de consolidation classique des polymères considérés, en effectuant un traitement thermique, recommandé par les fournisseurs de ces polymères, et connu de l’homme du métier. Cette étape de consolidation de la pièce souhaitée est réalisée par fonte ou polymérisation/réticulation suivant un cycle défini en température et sous pression, suivie d’un refroidissement. Les températures utilisées pour la fusion du polymère thermoplastique sont comprises entre 150°C et 400°C ou pour la polymérisation/réticulation d’un polymère thermodurcissable sont comprises entre 80°C à 250°C.
Après moulage, la lame bipolaire composite ou plaque d’écoulement, représentée schématiquement de figures 3 C à 9 C, comprend une couche supérieure, une couche inférieure et un mélange renfort-charge-polymère (4) pris en sandwich entre la couche supérieure et la couche inférieure. Au moins l'une parmi la couche supérieure et la couche inférieure comprend une feuille de graphite. La feuille de graphite a une surface extérieure plane dans laquelle est formée un canal d'écoulement de fluide (8) ou (19). La couche composite (4) comprend un film de polymère (3) thermoplastique, un renfort fibreux (10) et une charge conductrice (11) présente en quantité suffisante. Quantité pour rendre la couche composite (4) suffisamment conductrice de l'électricité pour être un matériau collecteur de courant avec une conductivité dans le plan supérieur à 100 S/cm. Lorsque le polymère (12) est solidifié, les deux couches (2) et (4) sont bien liées par le polymère (12) pour conférer une bonne intégrité structurelle (13) à la structure "multicouche" résultante. Le polymère (12) thermoplastique peut être n'importe quel plastique qui, lors d'une exposition à la chaleur ou à un rayonnement, devient liquide, pour permettre la pénétration à travers la couche de renfort (10) et de charge (11) puis se solidifie en refroidissant.
Le procédé peut être adapté pour produire des lames composites qui comprennent une seule couche , deux couches , trois couches , ou plus de trois couches en alternant des couches composites prises en sandwich par des couches conductrices comme représenté sur la .
Le moulage par compression, le pressage à chaud, calandrage à chaud ou le moulage par matrice peuvent être utilisés pour créer des canaux d'écoulement sur les surfaces extérieures de la lame. Comme représenté schématiquement sur la C, une lame à trois couches est fabriquée. Des moyens de chauffage sont utilisés pour faire fondre la couche polymérique (3) de préférence thermoplastique avant que la lame ne soit gaufrée ou moulée (9) entre une paire d'outils de gaufrage (6) (7) (14) (16) (17) (18) ou des plateaux de moule pour créer les canaux de champ d'écoulement (8) (19) souhaités. Ces outils ou plateaux de moulage peuvent également être chauffés et refroidit.
Deux lames composites avec canaux d'écoulement, figures 3 C à 9 C peuvent être positionnées ensemble pour former une plaque bipolaire créant trois champs d’écoulement : extérieur (20) et (22), et intérieur (21) comme représenté schématiquement sur la .
La présente invention concerne une lame bipolaire composite et un procédé de production d'une telle lame qui peut être moulée en une plaque hautement conductrice pour des applications de pile à combustible. En utilisant une lame composite à trois couches comme exemple, la composition de la lame, avant mise en forme d’un champ d'écoulement ou d’une plaque bipolaire, est une structure multicouche comprenant une couche supérieure, une couche inférieure et une couche centrale prise en sandwich entre ces deux feuilles.
La présente invention fournit à l'industrie des piles à combustible une plaque de champ d'écoulement ou une plaque bipolaire hautement innovante. La résistance de contact et la résistance interne sont minimisées avec l’utilisation d’une couche graphitique et d’une couche composite hautement conductrice d’électricité. L’invention offre de meilleures performances mécaniques grâce aux renforts fibreux. La couche de graphite offre une bonne résistance à la perméation par l'oxygène ou l'hydrogène dans une pile à combustible. La composition de la lame sans élément métallique permet d’être insensible à la corrosion. Les matériaux sélectionnés de la composition de la lame sont bon marché. Le système de pile à combustible qui en résulte est moins coûteux en raison de sa capacité à être produit en série par moulage en compression.
En résumé, la lame bipolaire composite multicouche présentement inventée présente les caractéristiques et avantages suivants : 1/ Les plaques d’écoulement obtenues à partir de la lame composite présentement inventée présente une excellente conductivité électrique qui dépasse le seuil cible établie par le département américain de l'énergie pour les applications de pile à combustible automobile. 2/ Les lames obtenues sont plus fines que les technologies de l’art antérieur, ainsi permettent un gain de volume au sein des piles à combustible, ou à volume égale présente un gain de puissance accrue des piles à combustible. 3/ La plaque bipolaire résultante ou la plaque de champ d'écoulement est d'une excellente intégrité structurelle et n'est pas sujette aux problèmes de délaminage et de vieillissement grâce à la concordance des coefficients de dilatation thermique entre le renfort, la charge et la couche graphitique, donc à l’utilisation de matériaux non métalliques. 4/ Les lame composites sont très résistantes à la perméation pour les gaz hydrogène, oxygène et liquide de refroidissement utilisés dans les piles à combustible. 5/ Les matières premières sont des matériaux à base de carbone et de graphite relativement peu coûteuses. Aucun processus coûteux et fastidieux n'est requis. La lame bipolaire composite ou plaque de champ d'écoulement résultante est économiquement viable.
La présente invention convient à la fabrication d’une grande variété de pièces composites dans le domaine de l’aéronautique, de l’automobile, du spatial, de la défense, de l’industrie ou de l’énergie. Des exemples de telles pièces sont donnés ci-après : des plaques d’écoulement de pile à combustible, des plaques bipolaires, des plaques de batteries, des collecteurs de courant, des électrodes, des membranes conductrices, des piles d'oxydoréduction, des batteries d'accumulateurs, etc.
Claims (22)
- Lame composite multicouche rigide moulable, électriquement conductrice, insensible à la corrosion, étanche aux gaz et liquides, ladite lame comprenant au moins une couche sèche poreuse (1) comprenant un ensemble de renfort sec (10) et de charges conductrices (11), au moins une couche polymérique (3), et au moins une couche conductrice (2); composée d’une couche polymérique (3) intercalée entre au moins une couche sèche poreuse (1) et une couche conductrice (2), les surfaces des dites couches pouvant, avantageusement comporter des canaux de transfert de gaz ou de fluides (8)(19); la lame étant caractérisée en ce que le polymère thermoplastique pénètre dans l’épaisseur de la couche sèche poreuse, constituant une couche composite (4), et adhère à la couche conductrice, formant une matrice polymérique assurant la liaison entre la couche sèche poreuse et la couche conductrice.
- Lame composite multicouche, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche conductrice (2) est une feuille de graphite, un papier carbone, un voile de carbone, un tissu de carbone ou de graphite, un film polymère conducteur, une feuille métallique ou une grille métallique.
- Lame composite multicouche, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche sèche poreuse (1) est une couche perméable permettant de laisser un liquide tel qu’une résine, un plastique fondu, ou un gaz tel que de l’air qui seraient injectés ou infusés au travers de la couche le contenant, lors de la constitution de la lame composite.
- Lame composite multicouche, selon la revendication 1, caractérisée en ce que le renfort de la couche sèche poreuse (1) est un renfort fibreux comme des tissus, des non tissés, des voiles, des nappes, des grilles, des dépôts de fibres ou de préférence des voiles constituées de fibres orientées dans toutes les directions.
- Lame composite multicouche, selon la revendication 4, caractérisée en ce que les fibres de renfort de la couche sèche poreuse (1) sont des fibres de carbone, de verre, d’aramide ou de céramique, les fibres de carbone étant particulièrement préférées.
- Lame composite multicouche, selon la revendication 4, caractérisée en ce que le ou les renforts secs fibreux présent(s) dans la couche sèche poreuse a (ont) une masse surfacique comprise dans la gamme allant de 5g/m² à 100g/m².
- Lame composite multicouche, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche sèche poreuse (1) est qualifiée de « sèche », car elle comprend une part polymérique représentant au plus 10% de la masse totale de la couche, de préférence de 2% à 6% de la masse totale de la couche, assurant la liaison des fibres de renfort, cette part polymérique ne comprend pas la quantité de polymère ayant pénétré dans la couche sèche.
- Lame composite multicouche, selon la revendication 7, caractérisée en ce que la part polymérique composant la couche sèche poreuse (1) est un polymère thermoplastique, un polymère comprenant une part thermoplastique, un polymère thermodurcissable ou un mélange de tels polymères.
- Lame composite multicouche, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la charge conductrice de la couche sèche (1) comprend un matériau conducteur choisi dans le groupe constitué de fibres de carbone, de poudre de graphite, de poudre de carbone, des nanotubes de carbone, des nano fibres de carbone, du graphène, de noirs de carbone, de fibres métalliques, de poudres et particules métalliques, et leurs combinaisons.
- Lame composite multicouche, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la charge conductrice, de la couche sèche (1) est présente en une quantité entre 15 % et 60 % en masse, préférentiellement 30% en masse, par rapport à la masse totale de la couche composite renfort-charge-polymère (4).
- Lame composite multicouche, selon la revendication 9, caractérisée en ce que la taille des particules de charge conductrice (11) (particules de noir de carbone, de poudre de graphite, de poudre de carbone, de poudre métallique ou d’une combinaison de ceux-ci) est inférieure à 100 microns.
- Lame composite multicouche, selon la revendication 9 et 10, caractérisée en ce que le type et la proportion de la charge conductrice, de la couche sèche poreuse (1) sont choisis de manière à ce que l’ASR (résistance spécifique surfacique) dans l’épaisseur de la lame (5)(4) soit inférieure à 15mΩ.cm².
- Lame composite multicouche, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche poreuse sèche (1) présente une épaisseur moyenne inférieure à 0.2mm, de préférence de 0.02mm à 0.1mm, et de préférence égale à 0.05mm.
- Une lame composite multicouche, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la ou les couche(s) polymérique(s) (3) est (sont) une grille, un dépôt de poudre, un dépôt de fibres, un tissu, un non-tissé, un voile, ou de préférence un film.
- Lame composite multicouche, selon la revendication 1, caractérisée en ce que le polymère de la(des) couche(s) polymérique(s) (3) destiné à former la lame est un thermoplastique ou un thermodurcissable ou un mélange des deux.
- Lame composite multicouche, selon la revendication 1, caractérisée en ce que le polymère de la(des) couche(s) polymérique(s) (3) représente au moins 30% en masse de la couche composite (4), de préférence de 30% à 70% en masse de la couche composite.
- Lame composite multicouche, selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque couche polymérique (3) présente une épaisseur inférieure à 0.1mm, de préférence une épaisseur entre 0.01mm à 0.1mm, de préférence une épaisseur moyenne de 0.025mm, les différentes couches polymériques de la composition de la lame pouvant avoir des épaisseurs différentes.
- Lame composite multicouche, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche conductrice (2) est liée à la couche composite (4), présente un caractère unitaire et cohérent ; une telle liaison est assurée grâce à la couche polymérique qui assure un collage chimique ou mécanique avec toutes les couches composant la lame composite.
- Lame composite multicouche selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite lame composite multicouche présente une épaisseur entre 40 microns et 300 microns, préférentiellement entre 50 microns et 150 microns.
- Lame composite multicouche, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la lame est composée de deux couches, ou trois couches, ou plus de trois couches en alternant des couches composites (4) prises en sandwich par des couches conductrices (2).
- Lame composite multicouche, selon la revendication 1, ayant une forme tridimensionnelle obtenue par moulage par compression, pressage à chaud, calandrage à chaud ou moulage par matrice utilisés pour créer des canaux de transfert de gaz ou de fluides sur les surfaces extérieures de la lame.
- Lame composite multicouche, selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche composite présente une surface supérieure à la couche conductrice.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2210979A FR3141095A1 (fr) | 2022-10-23 | 2022-10-23 | Lame composite multicouche destinée aux piles à combustible hydrogène |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2210979A FR3141095A1 (fr) | 2022-10-23 | 2022-10-23 | Lame composite multicouche destinée aux piles à combustible hydrogène |
| FR2210979 | 2022-10-23 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3141095A1 true FR3141095A1 (fr) | 2024-04-26 |
Family
ID=86852012
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR2210979A Pending FR3141095A1 (fr) | 2022-10-23 | 2022-10-23 | Lame composite multicouche destinée aux piles à combustible hydrogène |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3141095A1 (fr) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070231668A1 (en) * | 2006-04-04 | 2007-10-04 | Tsang-Ming Chang | Fuel cell device |
| EP3675258A1 (fr) * | 2017-08-24 | 2020-07-01 | Nisshinbo Holdings Inc. | Précurseur de séparateur de pile à combustible et séparateur de pile à combustible |
| EP3882020A1 (fr) * | 2018-11-16 | 2021-09-22 | Nisshinbo Holdings Inc. | Corps multicouche de résine métallique conductrice et corps moulé associé |
-
2022
- 2022-10-23 FR FR2210979A patent/FR3141095A1/fr active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070231668A1 (en) * | 2006-04-04 | 2007-10-04 | Tsang-Ming Chang | Fuel cell device |
| EP3675258A1 (fr) * | 2017-08-24 | 2020-07-01 | Nisshinbo Holdings Inc. | Précurseur de séparateur de pile à combustible et séparateur de pile à combustible |
| EP3882020A1 (fr) * | 2018-11-16 | 2021-09-22 | Nisshinbo Holdings Inc. | Corps multicouche de résine métallique conductrice et corps moulé associé |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4882541B2 (ja) | 燃料電池用電解質膜および膜電極接合体の製造方法 | |
| EP0141700B1 (fr) | Moule pour réaliser des pièces moulées de grandes dimensions en matériau composite | |
| EP0428886B1 (fr) | Procédé de fabrication d'un ski injecté et structure de ski | |
| EP1866990B1 (fr) | PlLE A COMBUSTIBLE A MEMBRANE POLYMERE | |
| CA2419391C (fr) | Materiau composite conducteur et electrode pour pile a combustible utilisant ce materiau | |
| FR2562718A1 (fr) | Support carbone pour electrode de pile a combustible avec separateur a triple couche incorpore et son procede de preparation | |
| FR2731843A1 (fr) | Procede pour fabriquer un produit composite constitue d'un materiau pour electrodes, d'un materiau formant catalyseur et d'une membrane formee d'un electrolyte solide | |
| EP1915797A1 (fr) | Membrane polymere composite a conduction ionique/electronique, ses procedes de fabrication et c ur de pile a combustible planaire la comprenant | |
| WO2017103475A1 (fr) | Procédé de fabrication de pile à combustible avec joint sérigraphié | |
| EP3624241A1 (fr) | Procédé de fabrication d'un guide d'écoulement de réacteur électrochimique | |
| FR2786319A1 (fr) | Procede de fabrication d'un separateur pour pile a combustible a echange de protons et separateur obtenu par ce procede | |
| CA3102014A1 (fr) | Procede de realisation ameliore d'un composant constituant un interconnecteur d'electrolyseur eht ou de pile a combustible sofc | |
| FR3141095A1 (fr) | Lame composite multicouche destinée aux piles à combustible hydrogène | |
| FR3073324A1 (fr) | Procede utilisant un laser pour le soudage entre deux materiaux metalliques ou pour le frittage de poudre(s), application a la realisation de plaques bipolaires pour piles pemfc | |
| EP1682463B1 (fr) | Procede de fabrication d objets composites utilisant du graphite et de la vermiculite expanses | |
| FR3072604A1 (fr) | Procede de collage structural de pieces de structure et insert de collage pour la mise en oeuvre dudit procede | |
| EP2981570B1 (fr) | Liaison structurale soudée entre un matériau composite à matrice thermoplastique haute performance et un élastomère par fonctionnalisation en mode poudre | |
| EP2981571B1 (fr) | Procede pour realiser une liaison structurale soudee entre un materiau composite a matrice thermoplastique et un elastomere | |
| FR3098357A1 (fr) | Procédé de fabrication d’un dispositif de diffusion gazeuse à propriétés électriques améliorées | |
| FR3127638A1 (fr) | Guide d’écoulement pour réacteur électrochimique et procédé de fabrication associé | |
| FR3126330A1 (fr) | Procédé de production de nappes pré-imprégnées et nappes obtenues | |
| FR3142119A1 (fr) | Piece en materiau composite et son procede de fabrication | |
| FR3139026A1 (fr) | Procédé de fabrication d’une plaque composite | |
| CN113574706A (zh) | 双极板、电池单体、电池组及氧化还原液流电池 | |
| FR3126918A1 (fr) | Procédé de fabrication d’une pièce en matériau thermoplastique intégrant des charges métalliques |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20240426 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |