Brevet FR2853142A1 — publié le 20041001

Procédé de fabrication d'un composant comportant une électrode et un joint rigide et composant obtenu par ce procédé Domaine technique de l'invention L'invention concerne un procédé de fabrication d'un composant, comportant un joint d'étanchéité disposé à la périphérie d'une électrode. État de la technique Les électrodes de piles à combustible comportent usuellement des joints d'étanchéité compressibles permettant d'éviter l'échappement des combustibles 15 vers l'extérieur. Chaque électrode, l'anode et la cathode, est typiquement constituée par une couche, entourée à sa périphérie par un joint flexible. L'étanchéité est assurée par compression du joint entre des plaques polaires de la pile lors de l'assemblage des électrodes et d'une membrane disposée entre celles-ci. Le contrôle de la compression est primordial pour optimiser le 20 fonctionnement de la pile à combustible mais est difficile à réaliser et peut provoquer la destruction de la membrane, par exemple. En effet, l'électrode doit être suffisamment comprimée pour présenter une bonne conduction, de même le joint doit être soumis à une pression permettant d'assurer l'étanchéité, mais cette contrainte doit rester modérée pour éviter de trop grandes déformations 25 des éléments disposés entre les plaques polaires, notamment la membrane de la pile. La gamme d'épaisseur et de caractéristiques mécaniques des matériaux de joints commerciaux est limitée et elle n'offre pas un joint adapté à chaque électrode. Dans le cas de joints non-solidaires de l'électrode, le positionnement relatif de ces deux éléments lors du montage des piles à combustible nécessite un ajustement précis souvent difficile à réaliser. De plus, l'interface électrode/joint crée un gradient de contrainte important pouvant engendrer des ruptures de la 5 membrane, surtout dans le cas de membranes peu déformables. L'apparition de ces ruptures entraîne une diminution de la durée de vie des membranes. Objet de l'invention L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et, plus particulièrement, un procédé de fabrication d'un composant comportant un joint d'étanchéité permettant d'éviter l'endommagement de la membrane d'une pile à combustible utilisant ce composant. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le procédé comporte: - le dépôt de l'électrode sur un support, - le dépôt d'un matériau durcissable sur le support à la périphérie de l'électrode, - le positionnement d'une couche de recouvrement sur l'ensemble comportant l'électrode et le matériau durcissable, - la compression dudit ensemble entre le support et la couche de recouvrement, - le durcissement du matériau durcissable, - l'enlèvement du support et de la couche de recouvrement. Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le dépôt du matériau durcissable comporte: - le dépôt de mat de fibre de verre, sur le support, à la périphérie de l'électrode, - le dépôt d'une résine recouvrant au moins le mat de fibre de verre et l'imbibant. Selon un développement de l'invention, le procédé comporte, après le dépôt de l'électrode, successivement le dépôt d'une membrane et le dépôt d'une électrode supplémentaire, le dépôt du matériau durcissable étant effectué à la périphérie de l'ensemble constitué par la membrane et les électrodes avant 10 positionnement de la couche de recouvrement. L'invention a également pour objet un composant, réalisé par le procédé cidessus, et comportant un joint d'étanchéité disposé à la périphérie d'une électrode, le joint étant rigide et solidaire de l'électrode. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la 20 description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 illustre une étape du procédé selon l'invention. Les figures 2 et 3 représentent différents composants obtenus par le procédé selon l'invention. La figure 4 représente une étape d'un mode de réalisation particulier du procédé selon l'invention. La figure 5 représente un composant obtenu par un autre mode de réalisation particulier du procédé selon l'invention. Description de modes particuliers de réalisation La figure 1 représente une électrode 1 plane, déposée sur un support 2 lors d'une première étape du procédé de fabrication. L'étape suivante consiste à déposer un matériau durcissable 3 sur le support 2, à la périphérie de l'électrode 10 1. Puis, une couche de recouvrement 4 est positionnée sur l'ensemble comportant l'électrode 1 et le matériau durcissable 3, qui est ensuite comprimé entre le support 2 et la couche de recouvrement 4 avec une force F. Après durcissement du matériau durcissable 3, la force F de compression est relâchée et le support 2 et la couche de recouvrement 4 sont enlevés. Ainsi, le 15 composant final comporte l'électrode 1 et un joint rigide 5, solidaire de l'électrode 1 (figure 2). Le joint 5 est ainsi intégré dans le composant, s'adapte automatiquement à l'électrode 1 et peut être réalisé avec une grande régularité d'épaisseur. La compression peut être effectuée jusqu'à une épaisseur prédéterminée de l'ensemble comportant l'électrode 1 et le matériau durcissable 3. L'épaisseur du joint 5 peut aussi être contrôlée par la force ou la pression de compression. Pendant la compression, l'électrode 1 est comprimée à une pression correspondant sensiblement à celle qui est désirée en fonctionnement et peut 25 être utilisée comme cale d'épaisseur de la préparation du joint 5, ce qui permet d'obtenir un joint dont l'épaisseur est parfaitement adaptée à l'épaisseur de l'électrode 1. Ainsi, l'épaisseur de chaque joint 5 est définie par l'électrode 1 correspondante, prenant ainsi en compte la variabilité des épaisseurs et des comportements sur une série d'électrodes. L'épaisseur du joint rigide 5 reste constante après durcissement du matériau durcissable 3, tandis que l'électrode 1 peut éventuellement se dilater dès que la force de compression est relâchée. Les figures 2 et 3 représentent respectivement une électrode la, conservant l'épaisseur déterminée par l'écart entre le support 2 et la couche de 5 recouvrement 4 en fin de compression, et une électrode lb, se dilatant après enlèvement du support 2 et de la couche de recouvrement 4. Les électrodes 1 a et 1 b peuvent, par exemple, respectivement être constituées par une grille, à base de métal ou de carbone, irréversiblement déformable, ou par un tissu, se dilatant. Le joint 5 étant rigide, il peut être usiné pour l'adapter aux plaques polaires d'une pile à combustible, qui maintiennent le composant après assemblage de la pile. Ceci facilite le montage par rapport aux joints flexibles. Dans un mode de réalisation préféré représenté à la figure 4, le matériau durcissable 3 est déposé en deux étapes: un dépôt de mat 6 de fibre de verre, sur le support 2, à la périphérie d'une électrode 1, puis un dépôt d'une résine 7 recouvrant le mat 6 de fibre de verre et l'imbibant. La résine 7 peut déborder du mat 6 et recouvrir également une partie périphérique de l'électrode et une partie 20 du support 2 adjacentes au mat 6 de fibre de verre. Le mat 6 permet de renforcer les propriétés mécaniques du joint 5 et d'éviter la propagation de fissures lors de la formation du joint. Le dépôt de la résine 7 est effectué en étalant un mélange résine/durcisseur, ayant de préférence un 25 rapport 25/9. L'épaisseur du matériau durcissable 3, constitué par le mat 6 et la résine 7, doit être supérieure à l'épaisseur finale désirée du joint, qui peut être de l'ordre de 500 gm. Le durcissement de la résine 7 peut se faire soit par une étape thermique, soit par une étape chimique ou photochimique. La résine 7 peut être une résine époxyde et, de préférence, une résine thermodurcissable présentant une température de transition vitreuse Tv supérieure à 1300C. Ceci permet de créer une bonne interface entre l'électrode 1 et le joint 5 sans nécessiter une température supérieure à 1500C au cours du 5 procédé de fabrication du composant. Ces matériaux sont des isolants électriques et ioniques, ne se dilatent pas en présence de l'eau et sont chimiquement inertes dans l'environnement d'une pile à combustible. Le support 2 et la couche de recouvrement 4 peuvent être constitués, de 10 préférence, par une feuille en matière anti-adhérente, par exemple en matériau polymère (PVDF, PTFE). Les feuilles peuvent ainsi être retirées facilement après durcissement du matériau durcissable 3. Lors de l'étape de compression, l'air que contient l'électrode 1, doit pouvoir 15 s'échapper. Afin d'éviter que l'air ne s'évacue dans la résine 7 et ne crée des bulles dans le joint 5 final, la couche de recouvrement 4 comporte, de préférence, un orifice 10 d'évacuation d'air. La couche de recouvrement 4 doit être posée sur l'électrode 1 de manière à ce que l'orifice 10 d'évacuation d'air soit disposé sensiblement face au centre de l'électrode 1. La compression peut 20 être effectuée à l'aide d'un plateau de serrage (non-représenté), disposé parfaitement parallèlement à l'électrode. Le plateau possède également un orifice centré sur l'orifice 10 d'évacuation d'air de la couche de recouvrement 4. L'ensemble est mis sous pression en utilisant un point d'application de la pression centré sur l'électrode 1, de manière à homogénéiser la répartition de la 25 contrainte sur l'électrode. La force de compression est progressivement augmentée jusqu'à la valeur désirée. Dans une variante de réalisation, on peut fabriquer un joint rigide 5 autour d'un empilement constitué par l'anode 1, la membrane 8 et la cathode 9 d'une pile à combustible (figure 5). Dans ce cas, après dépôt de l'électrode 1, sur le support 2, une membrane 8 et une électrode supplémentaire 9 sont successivement déposées de manière à former un empilement anode-membrane-cathode sur le support 2. Le dépôt du matériau durcissable 3 est alors effectué à la périphérie 5 de l'empilement constitué par la membrane 8 et les électrodes 1 et 9, avant positionnement de la couche de recouvrement 4. Comme précédemment, l'ensemble est alors comprimé et le matériau durcissable 3 durci avant retrait du support 2 et la couche de recouvrement 4. Ainsi, ultérieurement lorsque l'ensemble est comprimé entre les plaques polaires d'une pile à combustible, la 10 membrane est protégée des contraintes mécaniques par le joint 5 rigide servant de cale supportant les contraintes. Une électrode selon l'invention peut être intégrée dans tout type de pile à combustible (par exemple du type " PEMC: proton exchange membrane fusion 15 cell " ou AFC: alkaline fuel cell "). Revendications 1. Procédé de fabrication d'un composant, comportant un joint (5) d'étanchéité 5 disposé à la périphérie d'une électrode (1), procédé caractérisé en ce qu'il comporte: - le dépôt de l'électrode (1) sur un support (2), - le dépôt d'un matériau durcissable (3) sur le support (2) à la périphérie de l'électrode (1), - le positionnement d'une couche de recouvrement (4) sur l'ensemble comportant l'électrode (1) et le matériau durcissable (3), - la compression dudit ensemble entre le support (2) et la couche de recouvrement (4), - le durcissement du matériau durcissable (3), - l'enlèvement du support (2) et de la couche de recouvrement (4). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dépôt du matériau durcissable (3) comporte: - le dépôt de mat (6) de fibre de verre, sur le support (2), à la périphérie de l'électrode (1), - le dépôt d'une résine (7) recouvrant au moins le mat (6) de fibre de verre et l'imbibant. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résine (6) est une 25 résine époxyde. 4. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la résine (6) est une résine thermodurcissable présentant une température de transition vitreuse supérieure à 1300C. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la compression est effectuée jusqu'à une épaisseur prédéterminée dudit ensemble. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la compression est effectuée jusqu'à une pression prédéterminée. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce 10 que l'électrode (la) est constituée par une grille métallique. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'électrode (l b) est constituée par un tissu. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le support (2) est constitué par une feuille en matière antiadhérente. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la couche de recouvrement (4) est constituée par une feuille en matière 20 anti-adhérente. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la couche de recouvrement (4) comporte un orifice (10) d'évacuation d'air. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte, après le dépôt de l'électrode (1), successivement le dépôt d'une membrane (8) et le dépôt d'une électrode supplémentaire (9) , le dépôt du matériau durcissable (3) étant effectué à la périphérie de l'ensemble constitué par la membrane (8) et les électrodes (1 et 9) avant positionnement de la couche de recouvrement (4). 13. Composant comportant un joint (5) d'étanchéité disposé à la périphérie 5 d'une électrode (1), caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, le joint (5) étant rigide et solidaire de l'électrode (1).