Brevet FR2894717A1 — publié le 20070615

La présente invention concerne un panneau à écoule-ment pour une pile à combustible et, plus particulière-ment, un panneau à écoulement capable de co=llecter du courant. Une pile à combustible est un générateur électrique, qui convertit une énergie chimique, stockée dans des combustibles et des oxydants, directement en électricité, par le biais d'une réaction se déroulant au niveau de ses électrodes. Les types de piles à combustible sont divers et leurs classifications sont variées. Selon les propriétés de leurs électrolytes, les piles à combustible peu-vent être divisées en cinq types, incluant les piles à combustible alcalines, les piles à combustible à acide phosphorique, les piles à combustible à membrane échan- geuse de protons, les piles à combustible de type carbonate-fusible, et les piles à combustible de type à oxyde solide. Dans la configuration d'une pile à combustible clas- sique, un panneau à écoulement d'anode et un panneau à écoulement de cathode sont respectivement disposés au niveau de l'anode et de la cathode d'un ensemble d'élec- trodes de membrane (MEA), les matériaux des panneaux à écoulement ayant les caractéristiques d'une bonne conduc- tivité, d'une haute intensité, d'une facilité de traite- ment, d'un faible poids, et d'un faible coût. Actuelle- ment, des matériaux pour des panneaux à écoulement com- prennent du graphite, de l'aluminium et de l'acier inoxy- dable, et usuellement utilisent du graphite. Des canaux d'écoulement, fabriqués sur des panneaux à écoulement, fournissent des chemins pour les combustibles, de manière que des réactants puissent atteindre des couches de dif- fusion, via des canaux d'écoulement, et pénétrer dans des couches catalytiques, pour subir des réactions. En plus, des panneaux à écoulement sont capables de produire du courant, faisant que le courant venant des réactions peut être en outre appliqué. Pour cette raison, des panneaux à écoulement sont également appelés des plaques de collecte de courant. Cependant, un panneau à écoulement classique (par exemple un panneau en graphite) est typiquemen.: grand et lourd et présente une mauvaise conductivité. ?ar conséquent, un panneau à écoulement amélioré apte à collecter du courant est nécessaire pour maîtriser les inconvé- nients susdits. Un but primaire de l'invention est de fournir un panneau à écoulement pour une pile à combustible, dans lequel la pile à combustible elle-même est petite et légère, et le panneau à écoulement collecte bien le cou- rant. De manière correspondante au but mentionné ci-dessus de l'invention, il est fourni un panneau à écoulement pour une pile à combustible. La pile à combustible comprend au moins un ensemble d'électrodes à membrane. Le panneau à écoulement comprend un corps de plaque ayant une ou plusieurs parties concaves dont chacune est disposée de façon correspondante à la position d'un ensemble d'électrodes à membrane, et une ou plusieurs feuilles de collecte de courant réalisée(s) à partir d'un matériau conducteur, dans lequel chaque feuille de collecte de courant couvre une partie concave correspondante du corps de plaque, et les feuilles de collecte de courant sont fixées sur le corps de plaque. Selon un premier mode de réalisation, un panneau à écoulement pour une pile à combustible, la pile à combustible comprenant au moins un ensemble d'électrodes à membrane est caractérisé par le fait qu'il comprend : - un corps de plaque, comprenant une ou plusieurs parties concaves, chaque partie concave étant disposée en cor- respondance d'une position de l'ensemble d'électrodes à membrane, dans lequel le corps de plaque comprend un substrat, sélectionné dans un groupe composé d'un substrat en matière plastique technique, non conductrice, résistante aux produits chimiques, un substrat en graphite, un substrat métallique, un substrat en carbone-matière plastique, et un substrat en composite ; et - une ou plusieurs feuilles de collecte de courant réalisées en matériau conducteur, chaque feuille de collecte de courant couvrant une partie concave correspondante du corps de plaque, et les feuilles de collecte de cou-rant sont fixées sur le corps de plaque. Avantageusement, la feuille de collecte de courant est réalisée en un matériau sélectionné dans un groupe composé de cuivre (Cu), de l'acier inoxydable (SUS316), d'un alliage, ou d'un polymère conducteur ayant. une faible résistance. De préférence, la feuille de collecte de courant est scellée hermétiquement sur une surface du corps de pla- que, par mise en adhésion ou par rivetage et/ou verrouillage. Avantageusement, les parties concaves sont formées sur une surface supérieure et une surface inférieure du corps de plaque. De préférence, la feuille de collecte de courant présente une structure formant grille, ou une structure ondulée. Selon un autre mode de réalisation de la présente invention, le panneau à écoulement pour une pile à corn- bustible, la pile à combustible comprenant au moins un ensemble d'électrodes à membrane, comprend : - une plaque de corps comprenant une ou plusieurs parties concaves, chaque partie concave étant disposée de façon correspondante à une position de l'ensemble d'électro-des à membrane, dans lequel le corps de plaque comprend un substrat sélectionné dans un groupe composé d'un substrat en matière plastique technique, non conductrice, résistante aux produits chimiques, un substrat en graphite, un substrat métallique, un substrat en carbone-plastique, et un substrat en composite ; - un ou plusieurs organes déployés à l'intérieur de chaque partie concave ; et une ou plusieurs feuilles de collecte de courant réali- sée en un matériau conducteur, chaque feuille de collecte de courant couvrant les organes support, et les feuilles de collecte de courant sont fixées sur le corps de plaque. De préférence, la feuille de collecte de courant est réalisée en un matériau sélectionné en un groupe composé de cuivre (Cu), acier inoxydable (SUS316), un alliage, ou un polymère conducteur à faible résistance. Avantageusement, les organes support sont déployés en forme de grilles. De préférence, les parties concaves sont formées sur une surface supérieure et une surface inférieure du corps de plaque. Avantageusement, la feuille de collecte de courant présente une structure formant grille. Les aspects précédents, ainsi que beaucoup des avantages et caractéristiques afférents de cette invention, vont devenir mieux évidents en référence à la description détaillée ci-après, prise en liaison avec les dessins annexés, parmi lesquels : La Fig. 1A est une vue en perspective et un schéma éclaté d'un panneau à écoulement selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; La Fig. 1B est une vue en perspective et un dia-gramme associé de la Fig. lA ; La Fig. 1C illustre la vue en coupe transversale de la Fig. 1B ; La Fig. 2A est une vue en perspective et un schéma éclaté du panneau à écoulement selon un autre mode de 5 réalisation préféré de l'invention ; La Fig. 2B est une vue en coupe et un diagramme associé de la Fig. 2A ; La Fig. 3A est une vue en perspective et un schéma éclaté d'un panneau à écoulement selon encore un autre 10 mode de réalisation de l'invention ; La Fig. 3B est un schéma en perspective et associé de la Fig. 3A ; La Fig. 4A est un schéma en perspective et éclaté du panneau à écoulement selon encore un autre mode de réali-15 sation préféré de l'invention ; et La Fig. 4B est un schéma en perspective et associé de la Fig. 4A. La Fig. lA est un schéma en perspective et éclaté d'un panneau à écoulement selon un mode de réalisation 20 préféré de l'invention. La Fig. 1B est un schéma en perspective et associé de la Fig. 1A. La Fig. 1C illustre la vue en coupe transversale de la Fig. lB. Un panneau à écoulement 1 capable de collecter du courant peut être appliqué à une pile à combustible qui comprend au moins 25 un ensemble d'électrodes à membrane MEA. Le panneau à écoulement 1 comprend un corps de plaque 11 et une ou plusieurs feuilles de collecte de courant 13, qui vont faire l'objet d'une description individuelle ci--après. Le corps de plaque 11 peut adopter un substrat, tel 30 qu'un substrat en matière plastique technique, non conductrice, résistante aux produits chimiques, ui substrat au graphite, un substrat métallique, un substrat de type plastique-carbone, ou un substrat en composite. Le corps de plaque 11 est muni d'au moins une partie concave 110. La partie concave 110 est formée sur la surface du corps de plaque 11, et chaque partie concave 110 est disposée de façon correspondante à la position d'un MEA (non représentée) d'une pile à combustible. Le panneau à écou- lement 1 comprend en outre un ou plusieurs organes sup-port 110a, déployés à l'intérieur de la partie concave 110 et ayant la forme de grilles. La feuille de collecte de courant 13 peut être réalisée en matériau conducteur, par exemple, en cuivre (Cu), en acier inox (SUS316), en alliage, ou en un poly-mère conducteur ayant une faible résistance. Chaque feuille de collecte de courant 13 couvre toute partie concave 110 du corps de plaque 11 et les organes supports 110e, à l'intérieur de la partie concave 110. La feuille de collecte de courant 13 est fixée sur le corps de plaque 11 et scellée hermétiquement sur la surface du corps de plaque 11, par adhésion et/ou rivetage et/ou verrouillage. La Fig. 2A est un schéma en perspective et éclatée d'un panneau à écoulement selon un autre mode de réalisation préféré de l'invention. La Fig. 2B est un schéma en vue en coupe et associé de la Fig. 2A. Un panneau à écoulement 2, capable de collecter du courant, est un panneau à écoulement à deux faces, qui peut être appliqué sur une pile à combustible ayant au moins un ensemble d'électrodes à membrane (MEA). Le panneau à écoulement 2 comprend un corps de plaque 21 et une ou plusieurs feuilles de collecte de courant 23, qui sont décrites séparément ci-après. Le corps de plaque 21 peut utiliser un substrat, tel qu'un substrat en matière plastique technique, non conductrice, résistant aux produits chimiques, ou bien un substrat composite. Le corps de plaque 21 est muni d'une ou plusieurs parties concave 210. Les parties concaves 210 sont formées sur la surface supérieure 212 et une surface inférieure 214 du corps de plaque 21. Chaque par-tie concave 210 est disposée de façon correspondante à la position d'une MEA (non représentée) d'une pile à combus- tible. Le panneau à écoulement 2 comprend en outre un ou plusieurs organes supports 210a déployés à l'intérieur de la partie concave 210, à la forme de grilles. La feuille de collecte de courant 23 peut être réalisée en un matériau conducteur, par exemple du cuivre (Cu), de l'acier inox (SUS316), un alliage, ou un poly-mère conducteur à faible résistance. Chaque feuille de collecte de courant 23 couvre toute partie concave 210 du corps de plaque 21 et les organes supports 210a dans la partie concave 210. La feuille de collecte de courant 23 est fixée sur le corps de plaque 21 et scellée hermétiquement sur la surface supérieure 212 et la surface inférieure 214 du corps de plaque 21, par adhésion et/ou rivetage et/ou verrouillage ou encliquetage. La Fig. 3A est un schéma, observé en perspective et éclaté, d'un panneau à écoulement selon encore un autre mode de réalisation préféré de l'invention. La Fig. 3B est un schéma, vu en perspective et associé, de la Fig. 3A. Un panneau à écoulement 3, capable de collecter du courant, est appliqué à une pile à combustible ayant au moins un ensemble d'électrodes à membrane (MEA). Le panneau à écoulement 3 comprend un corps de plaque 31 et une ou plusieurs feuilles de collecte de courant 33, qui sont décrites séparément ci-après. Le corps de plaque 31 peut utiliser un substrat, sélectionné à partir d'un groupe composé d'un substrat en matière plastique technique, non conductrice, résistante aux produits chimiques, un substrat en graphite, un subs- trat métallique, un substrat de type carbone-matière plastique, et un substrat composite. Le corps de plaque 31 est muni d'une ou plusieurs parties concaves 310. Les parties concaves 310 sont formées sur une surface du corps de plaque 31, c'est-à-dire la surface supérieure 312 du corps de plaque 31. Chaque partie concave 310 est disposée de façon correspondante à la position d'une pile à combustible MEA. La feuille de collecte de courant 33 peut être composée d'un matériau conducteur, par exemple de cuivre (Cu), d'acier inoxydable (SUS316), d'un alliage, ou d'un polymère conducteur à faible résistance. Chaque feuille de collecte de courant 33 peut comprendre une structure ondulée couvrant chaque partie concave 310 du corps de plaque 31. La feuille de collecte de courant 33 est fixée sur le corps de plaque 31 et scellée hermétiquement sur la surface du corps de plaque 31 par adhésion et:/ou rivetage et/ou verrouillage ou encliquetage. De manière correspondante, la feuille de collecte 33 est en mesure de collecter du courant ; également, sa structure ondulée peut servir de canaux d'écoulement. Tandis que la partie concave 310 est formée sur la surface supérieure 312 du corps de plaque 31, elle peut être formée sur la surface inférieure 314 du corps de plaque 31. De façon similaire, la feuille de collecte de courant 33 couvre toute partie concave 310 sur la surface inférieure 314 du corps de plaque 31. La Fig. 4A est un schéma, vu en perspective et éclaté, d'un panneau à écoulement selon encore un autre mode de réalisation préféré de l'invention. La Fig. 4B est un schéma, vu en perspective et éclaté, d'un schéma associé de la Fig. 4A. Un panneau à écoulement 4, capable de collecter du courant, est appliqué à une pile à com- bustible comprenant au moins un ensemble d'électrodes à membrane (MEA). Le panneau à écoulement 4 comprend un corps de plaque 41 et une ou plusieurs feuilles de col- lecte de courant 43, qui sont respectivement décrits ci-après. Le corps de plaque 41 peut utiliser un substrat sélectionné à partir d'un agrégat en matière plastique technique, non conductrice, résistante aux produits chimiques, un substrat en graphite, un substrat métallique, un substrat de type carbone-matière plastique, ou un substrat composite. Le corps de plaque 41 est muni d'une ou plusieurs parties concaves 410. Les parties concaves 410 sont formées sur une surface du corps de plaque 41, c'est-à-dire la surface supérieure 412 du corps de plaque 41. Chaque partie concave 410 est disposée de façon correspondante à la position d'un ensemble MEA pour pile à combustible (non représenté). La feuille de collecte de courant 43 peut être formée d'un matériau conducteur, tel que du cuivre (Cu), d'un acier inoxydable (SUS316), d'un alliage, ou d'un polymère conducteur ayant une faible résistance. Chaque feuille de collecte de courant 43 peut comprendre une structure en grille couvrant chaque partie concave 410 du corps de plaque 41. La feuille de collecte de courant 43 est fixée sur le corps de plaque 41 et scellée hermétiquement sur la surface du corps de plaque 41 à adhésion et/ou rivetage et/ou verrouillage ou encliquetage. De manière correspondante, la feuille de collecte de courant est en mesure de collecter du courant ; également, sa structure en grille peut être utilisée en tant que canaux d'écoulement. En plus de la formation de la partie concave 410 sur la partie supérieure 412 du corps de pla- que 41, la partie concave 410 peut être formée sur la surface inférieure 414 du corps de plaque 41. De façon similaire, la feuille de collecte de courant 43 couvre toute partie concave 410 sur la surface inférieure 414 du corps de plaque 41. Le panneau à écoulement mentionné ci-dessus peut être appliqué à des piles à combustible à dis,:ributeur, telles que des piles à combustible utilisant du méthanol, ou des piles à combustible utilisant des combustibles liquides, des combustibles gazeux ou des combustibles solides. Les caractéristiques et l'efficacité de l'invention sont résumées ci-après . 1. La feuille de collecte de courant peut être extrêmement amincie, par suite de la rigidité :Lntrasèque du corps du panneau à écoulement, telle, que le volume et le poids de la pile à combustible réalisée avec elle soient grandement réduits. Ainsi, la compressibilité pendant la fabrication des piles à combustible est susceptible d'être commandée ; et 2. étant donné que le panneau à écoulement peut comprendre un corps de plaque ayant un substrat en matière plastique technique, non conductrice, résistante aux pro-duits chimiques, et une feuille de collecte ce courant réalisée en un matériau conducteur, la pile à combustible résultante est légère et portable, et le panneau à écoulement collecte efficacement le courant. De plus, le panneau à écoulement peut comprendre un corps de plaque conducteur, muni d'un substrat en graphite, ou bien d'un substrat métallique, et une feuille de collecte de cou- rant réalisée en un matériau conducteur. Ainsi, le panneau à écoulement a une meilleure aptitude à collecter le courant. REVENDICATIONS 1. Panneau à écoulement pour une pile à combustible, la pile à combustible comprenant au moins un ensemble d'électrodes à membrane, caractérisé par le fait qu'il comprend : - un corps de plaque, comprenant une ou plusieurs parties concaves, chaque partie concave étant disposée en correspondance d'une position de l'ensemble d'électrodes à membrane, dans lequel le corps de plaque ccmprend un substrat, sélectionné dans un groupe composé d'un subs- trat en matière plastique technique, non conductrice, résistante aux produits chimiques, un substrat en graphite, un substrat métallique, un substrat en carbone-matière plastique, et un substrat en composite ; - une ou plusieurs feuilles de collecte de courant réali- Sées en matériau conducteur, chaque feuille de collecte de courant couvrant une partie concave correspondante du corps de plaque, et les feuilles de collecte de cou-rant sont fixées sur le corps de plaque. 2. Panneau à écoulement selon la revendication 1, dans lequel la feuille de collecte de courant est réalisée en un matériau sélectionné dans un groupe composé de cuivre (Cu), de l'acier inoxydable (SUS316), d'un alliage, ou d'un polymère conducteur ayant une faible résistance. 3. Panneau à écoulement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la feuille de collecte de courant est scellée hermétiquement sur une surface du corps de plaque, par mise en adhésion ou par rivetage et/ou verrouillage. 4. Panneau à écoulement selon la revend:_cation 1, caractérisé par le fait que les parties concaves sont formées sur une surface supérieure et une surface inférieure du corps de plaque. 5. Panneau à écoulement selon la revend=_cation 1, caractérisé par le fait que la feuille de collecte de courant présente une structure formant grille. 6. Panneau à écoulement selon la revend=_cation 1, caractérisé par le fait que la feuille de collecte de 10 courant présente une structure ondulée. 7. Panneau à écoulement pour une pile à combustible, la pile à combustible comprenant au moins un ensemble d'électrodes à membrane, caractérisé par le fait qu'il comprend : 15 - une plaque de corps comprenant une ou plusieurs parties concaves, chaque partie concave étant disposée de façon correspondante à une position de l'ensemble d'électrodes à membrane, dans lequel le corps de plaque comprend un substrat sélectionné dans un groupe composé d'un 20 substrat en matière plastique technique, non conductrice, résistante aux produits chimiques, un substrat en graphite, un substrat métallique, un substrat en carbone-plastique, et un substrat en composite ; - un ou plusieurs organes déployés à l'intérieur de cha- 25 que partie concave (110) ; et - une ou plusieurs feuilles de collecte de courant réalisée en un matériau conducteur, chaque feuille de collecte de courant couvrant les organes support, et les feuilles de collecte de courant sont fixées sur le 30 corps de plaque. 8. Panneau à écoulement selon la revendication 7, caractérisé par le fait que la feuille de collecte de courant est réalisée en un matériau sélectionné en un groupe composé de cuivre (Cu), acier inoxydable (SUS316), un alliage, ou un polymère conducteur à faible résistance. 9. Panneau à écoulement selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les organes support sont déployés en forme de grilles. 10. Panneau à écoulement selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les parties concaves sont formées sur une surface supérieure et une surface inférieure du corps de plaque. 11. Panneau à écoulement selon la revendication 7, 15 caractérisé par le fait que la feuille de collecte de courant présente une structure formant grille.