Brevet FR2914111A1 — publié le 20080926

DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne les piles à combustible à membrane polymère 5 échangeuse d'ions. ETAT DE LA TECHNIQUE 10 Une pile à combustible est constituée d'un empilage de cellules électrochimiques élémentaires connectées électriquement en série et qui, chacune, développe une certaine tension, en général de l'ordre de 1 Volt. La tension totale développée par la pile vaut donc la somme des tensions élémentaires, par exemple de l'ordre de 100 Volts ou quelques centaines de Volts pour des piles à combustible visant des 15 applications au domaine des transports. Chaque cellule électrochimique élémentaire est habituellement constituée de la superposition de cinq couches : une feuille polymère dont une zone forme une membrane échangeuse d'ions, deux électrodes comportant des éléments chimiques 20 nécessaires au déroulement de la réaction électrochimique, comme par exemple du platine, et deux couches de diffusion des gaz permettant d'assurer une diffusion homogène des gaz acheminés par les réseaux des plaques bipolaires sur la totalité de la surface de la membrane échangeuse d'ions. 25 L'alimentation des gaz est assurée par des plaques que l'on appelle en général plaques bipolaires car elles sont en contact avec l'anode d'une cellule et avec la cathcde de la cellule adjacente. Le plus souvent, les plaques bipolaires sont constituées en une matière conductrice de l'électricité car il faut assurer une conduction électrique d'une cellule à l'autre, la pile à combustible étant formée par des 30 cellules électrochimiques élémentaires qui sont connectées électriquement en série. La demande de brevet W02005/006472 décrit une pile à combustible conforme à la description ci-dessus. On consultera en particulier la figure 7 qui montre un empilage de cellules élémentaires. Lorsque le matériau constitutif des plaques bipolaires est 35 conducteur de l'électricité, cas le plus courant, les faces apparentes d'une pile à P10-1937-FR -1- - 2 -combustible sont donc sous tension lorsque la pile à combustible est en service. D'un côté de l'empilage, cette tension peut devenir très élevée, la tension maximale étant la tension nominale de la pile à combustible, à savoir typiquement supérieure à 100 Volts. Il est donc nécessaire d'encapsuler une telle pile à combustible pour éviter tout risque de contact accidentel avec celle-ci. Cela répond à la fois à un objectif de sécurité et à un objectif de bon fonctionnement de la pile, car si des cellules se trouvaient à être mises en court-circuit, le fonctionnement de la pile s'en trouverait altéré. L'objectif de la présente invention est d'apporter une autre solution pratique à ce problème du contact électrique possible avec les plaques bipolaires lorsque la pile à combustible n'est pas encapsulée, ainsi qu'au risque de court-circuit entre cellules, problème qui peut survenir de contacts accidentels avec des corps étrangers. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Le déposant a imaginé que, puisque la feuille polymère sur laquelle est agencée la partie échangeuse d'ions de la pile à combustible forme un substrat qui est par nature non conducteur de l'électricité, il suffit de faire déborder chaque feuille polymère par rapport aux plaques bipolaires afin d'obtenir une multitude de lèvres orientées sensiblement perpendiculairement à la surface des tranches de plaques bipolaires, faisant protubérance par rapport aux plaques bipolaires et ainsi conférer à la pile à combustible un premier niveau de protection contre les inconvénients et risques décrits. Bien entendu, on peut en plus, si on le souhaite, encapsuler la pile à combustible comme cela se fait couramment mais la protection par les lèvres offrent un premier niveau de protection très utile notamment pour des opérations de maintenance où un opérateur se rapproche de la pile à combustible alors que celle-ci est sous tension. La protection de la pile à combustible offerte par l'invention peut s'avérer également utile pour améliorer sa fiabilité. L'invention propose donc une pile à combustible comportant un empilage de plaques de distribution de fluide et de feuilles en matériau polymère comportant une zone formant membrane échangeuse d'ions, chaque feuille en matériau polymère étant P10-1937-FR -3- interposée entre deux plaques de distribution de fluide, caractérisée en ce que chaque feuille polymère comporte une lèvre débordante par rapport à l'extrémité des plaques de distribution de fluide adjacentes. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES La présente invention sera mieux comprise grâce à la description détaillée d'un mode de réalisation illustré avec les figures jointes dans lesquelles : la figure 1 est un schéma montrant un empilage d'une pile à combustible selon l'invention ; la figure 2 montre le même empilage lorsque l'on approche un objet contre une pile à combustible selon l'invention. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES DE L'INVENTION A la figure 1, on voit une partie d'un assemblage formant une pile à combustible : des 20 plaques bipolaires 1 ayant des tranches 10 accessibles de l'extérieur et des feuilles en matière polymère 2. L'épaisseur des plaques bipolaires 1 vaut e . On voit que chaque feuille polymère souple 2 comporte une lèvre 3 qui déborde par rapport aux plaques bipolaires 1 d'une valeur, qui sur le dessin, vaut d . 25 Les plaques bipolaires 1 sont en fait des plaques de distribution de fluide. On parle de plaques bipolaires parce que, sauf celles de chaque extrémité de l'empilage, elles sont chacune en contact avec l'anode d'une cellule et avec la cathode de la cellule adjacente. 30 Chaque plaque bipolaire 1 forme une équipotentielle. La différence de tension d'une plaque bipolaire à la suivante est de l'ordre de 1 Volt. Lorsque la pile à combustible est en service, étant donnée le caractère conducteur de l'électricité du matériau des plaques bipolaires dans les cas le plus courant (graphite, acier, ...), les tranches 10 des plaques bipolaires sont sous tension. L'ensemble des lèvres 3 débordantes forme 35 une sorte de barrière mécanique qui rend beaucoup plus difficile tout contact avec la P10-1937-FR 10 15 35 -4- tranche 10 des plaques bipolaires. Notamment, l'intrusion accidentelle d'un corps étranger conducteur ne parviendra pas, même lorsqu'il est de taille supérieure à l'épaisseur des plaques bipolaires, à créer un chemin de conduction électrique entre une plaque bipolaire et la plaque bipolaire adjacente. La pile à combustible peut être équipée de lèvres seulement là où l'on veut renforcer l'isolation parce que le risque de contact par un opérateur ou le risque de court circuit par des corps étrangers est plus élevé. Par exemple, la face supérieure et les faces latérales de la pile à combustible sont ainsi protégées mais la face inférieure ne l'est pas. Ou encore la lèvre de chaque feuille polymère ainsi conformée débordante par rapport à tout le pourtour des plaques de distribution de fluide adjacentes, pour protéger toutes les faces apparentes de la pile à combustible. Au moins certaines cellules électrochimiques adjacentes sont ainsi pourvues de feuilles polymères à lèvres débordantes, ou toutes les feuilles polymères le sont si l'on veut protéger la totalité d'une face ou de plusieurs faces. On sait que, le plus souvent, la matière polymère utilisée pour les feuilles 2 est souple. A la figure 2, on voit que si on approche un objet 4 de la pile à combustible (ou le doigt d'un opérateur), cela provoque le fléchissement de la lèvre 3 de la membrane polymère souple 2, à savoir la partie qui déborde par rapport aux plaques bipolaires 1. De préférence, chaque feuille polymère déborde d'une valeur d qui est supérieure à l'épaisseur e de chaque plaque bipolaire 1. De la sorte, lorsque les lèvres 3 des feuilles polymère 2 se replient sur les tranches 10 de chaque plaque bipolaire 1, lesdites lèvres 3 recouvrent totalement les tranches 10. Même si quelqu'un vient à poser sa main ou un outil sur la pile à combustible lorsqu'elle est sous tension, il va se former automatiquement une barrière non conductrice de l'électricité. Le risque de contact électrique entre un opérateur et une plaque bipolaire ou entre un outil et deux plaques bipolaires adjacentes est ainsi radicalement réduit. En outre, la présence de ces lèvres 3 de chaque feuille polymère souple 2 va allonger le chemin de fuite entre une plaque bipolaire 1 et la plaque bipolaire 1 adjacente. Cela améliore aussi l'isolation électrique entre deux plaques bipolaires adjacentes. P10-1937-FR 2914111 - > - Ainsi, grâce à l'invention, les membranes en polymère d'une certaine façon isolent les plaques bipolaires de l'extérieur et, lorsqu'elles sont souples, elles sont capables de recouvrir l'extrémité libre de chaque plaque bipolaire et ainsi offrir une isolation électrique assez efficace. La sécurité contre les courts-circuits entre deux plaques 5 bipolaires adjacentes est améliorée et le risque d'électrocution est fortement diminué. P10-1937-FR REVENDICATIONS 1. Pile à combustible comportant un empilage de plaques de distribution de fluide et de feuilles en matériau polymère (2) comportant une zone formant membrane échangeuse d'ions, chaque feuille en matériau polymère étant interposée entre deux plaques de distribution de fluide, caractérisée en ce que chaque feuille polymère comporte une lèvre débordante par rapport à l'extrémité des plaques de distribution de fluide adjacentes. 2. Pile à combustible selon la revendication 1 dans laquelle, pour au moins certaines feuilles polymères, la lèvre débordante par rapport à tout le pourtour des plaques de distribution de fluide adjacentes. 3. F'ile à combustible selon la revendication 1, dans laquelle les plaques de distribution de fluide, sauf celles de chaque extrémité de l'empilage, forment des plaques bipolaires (1). 20 4. Pile à combustible selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle chaque feuille polymère est souple. 5. Pile à combustible selon l'une des revendications 1 ou 4, dans laquelle chaque feuille polymère déborde par rapport aux plaques de distribution adjacentes sur 25 une longueur d supérieure à l'épaisseur e des plaques de distribution de fluide adjacentes. P10-1937-FR