Brevet FR3162929A1 — publié le 20251205

Pile à combustible comportant au moins un empilage de plaques bipolaires présentant des formes complémentaires limitant les mouvements transversaux L'invention a pour objet une pile à combustible qui comprend un empilage de plaques bipolaires (22) et d’électrolytes positionnés dans des plans transversaux de manière alternée et comprimés les uns contre les autres, au moins des première et deuxième plaques bipolaires (22) de l’empilage comportant des formes complémentaires qui coopèrent entre elles de manière à ce que les première et deuxième plaques bipolaires (22) soient immobilisées l’une par rapport à l’autre dans un plan transversal. Cette solution simple et peu coûteuse permet de maintenir les plaques bipolaires (22) immobiles, ce qui contribue à conserver les performances de la pile à combustible optimales. Figure 3 Pile à combustible comportant au moins un empilage de plaques bipolaires présentant des formes complémentaires limitant les mouvements transversaux La présente demande se rapporte à une pile à combustible comportant au moins un empilage de plaques bipolaires présentant des formes complémentaires limitant les mouvements transversaux. Selon un mode de réalisation visible sur la FIG. 1 , une pile à combustible 10 comprend un empilage de plaques bipolaires 12 et de membranes polymères positionnées de manière alternée. Ces plaques bipolaires 12 sont sensiblement planes et positionnées dans des plans transversaux. Du fait qu’elles soient planes, elles sont relativement simples et peu coûteuses à fabriquer. En complément de l’empilage, la pile à combustible 10 comprend un système de compression configuré pour comprimer les plaques bipolaires 12 en exerçant des efforts orientés selon une direction longitudinale (perpendiculaire aux plans transversaux), en sens contraire et en direction de l’empilage. Les plaques bipolaires 12 et les membranes polymères doivent rester parfaitement immobiles pour que la pile à combustible 10 conserve des performances optimales. En fonctionnement, en raison de chocs, d’accélérations, de décélérations ou de vibrations, les plaques bipolaires 12 peuvent se translater les unes par rapport aux autres selon une direction transversale, comme illustré sur la FIG. 1 . Une telle déformation de la pile à combustible 10 conduit à significativement réduire ses performances. Selon un mode de réalisation visible sur la FIG. 2 , pour empêcher les plaques bipolaires 12 de glisser les unes par rapport aux autres selon des directions transversales, la pile à combustible 10 comprend quatre systèmes de guidage 14.1, 14.2 en contact avec les quatre bords 12.1, 12.2 de chaque plaque bipolaire 12. Même si cette solution permet de conserver les plaques bipolaires 12 immobiles les unes par rapport aux autres, elle n’est pas pleinement satisfaisante car les systèmes de guidage 14.1, 14.2 en contact avec les plaques bipolaires 12 peuvent les endommager et engendrer des courts-circuits. Enfin, la présence de systèmes de guidage 14.1, 14.2 conduit à augmenter la masse et les coûts de production de la pile à combustible 10 ainsi qu’à la complexifier. La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’art antérieur. A cet effet, l’invention a pour objet une pile à combustible comprenant un empilage de plaques bipolaires et d’électrolytes positionnés dans des plans transversaux et de manière alternée ainsi qu’un système de compression configuré pour comprimer les plaques bipolaires et les électrolytes les uns contre les autres selon une direction longitudinale perpendiculaire aux plans transversaux, chaque plaque bipolaire comportant des première et deuxième faces ainsi qu’au moins un chant reliant les première et deuxième faces. Selon l’invention, au moins des première et deuxième plaques bipolaires de l’empilage de plaques bipolaires et d’électrolytes comprennent des formes complémentaires qui coopèrent entre elles de manière à ce que les première et deuxième plaques bipolaires soient immobilisées l’une par rapport à l’autre dans un plan transversal. Cette solution permet d’obtenir une pile à combustible robuste, qui conserve des performances optimales et présente une durée de vie allongée par rapport aux piles à combustible de l’art antérieur. Les plaques bipolaires sont maintenues immobiles sans ajout d’éléments autres que les plaques, ce qui conduit à ne pas augmenter la masse de la pile à combustible et à ne pas la complexifier. Selon une autre caractéristique, toutes les plaques bipolaires de l’empilage comprennent des formes complémentaires qui coopèrent entre elles de manière à ce que toutes les plaques bipolaires soient immobilisées les unes par rapport aux autres dans des plans transversaux. Selon une autre caractéristique, chaque plaque bipolaire comprend au moins une déformation qui génère une forme en saillie sur la première face et une forme en creux sur la deuxième face. Selon une autre caractéristique, la déformation est adjacente au chant de chaque plaque bipolaire. Selon une autre caractéristique, chaque plaque bipolaire comprend une partie centrale plane positionnée dans un plan transversal ainsi qu’une bordure périphérique recourbée qui longe le chant, formant une pyramide tronquée ou un tronc de cône. Selon une autre caractéristique, chaque déformation est distante du chant de la plaque bipolaire. Selon une autre caractéristique, chaque plaque bipolaire comprend au moins un enfoncement qui génère une forme en saillie sur la première face ainsi qu’une forme en creux sur la deuxième face. Selon une autre caractéristique, chaque plaque bipolaire est carrée ou rectangulaire et présente quatre angles ainsi que quatre enfoncements positionnés à proximité des angles. Selon une autre caractéristique, chaque enfoncement comprend une zone centrale en forme de disque, sensiblement plane et parallèle aux première et deuxième faces de la plaque bipolaire, ainsi qu’une zone de jonction tronconique reliant la zone centrale au reste de la plaque bipolaire. Selon une autre caractéristique, les électrolytes positionnés entre les plaques bipolaires sont réalisés en un matériau déformable configuré pour permettre aux électrolytes de se déformer et de s’adapter aux formes des plaques bipolaires lorsque l’empilage est comprimé. Selon une autre caractéristique, les électrolytes présentent, dans un état non comprimé, des formes complémentaires à celles des plaques bipolaires. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description de l’invention qui va suivre, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés parmi lesquels : FIG. 1 est une coupe schématique d’une pile à combustible illustrant un mode de réalisation de l’art antérieur, FIG. 2 est une coupe schématique d’une pile à combustible illustrant un autre mode de réalisation de l’art antérieur, FIG. 3 est une coupe schématique d’une pile à combustible illustrant un mode de réalisation de l’invention, FIG. 4 est une coupe d’une plaque bipolaire de la pile à combustible visible sur la FIG. 3 , FIG. 5 est une vue de face d’une plaque bipolaire de la pile à combustible visible sur la FIG. 3 , FIG. 6 est une coupe schématique d’une pile à combustible illustrant un autre mode de réalisation de l’invention, FIG. 7 est une vue latérale d’une plaque bipolaire de la pile à combustible visible sur la FIG. 6 , et FIG. 8 est une vue de face d’une plaque bipolaire de la pile à combustible visible sur la FIG. 6 . Comme illustré sur les figures 3 et 6, une pile à combustible 20 comprend un empilage de plaques bipolaires 22 et d’électrolytes positionnés dans des plans transversaux et de manière alternée ainsi qu’un système de compression 24 configuré pour comprimer, selon une direction longitudinale perpendiculaire aux plans transversaux, les plaques bipolaires 22 et les électrolytes les uns contre les autres en exerçant des efforts orientés selon une direction longitudinale (perpendiculaire aux plans transversaux), en sens contraire et en direction de l’empilage. Selon une conception, les électrolytes sont des membranes de polymère. A l’exception des plaques bipolaires 22, les autres éléments composant la pile à combustible 20 ne sont pas plus décrits car ils peuvent être identiques à ceux de l’art antérieur. Comme illustré sur les figures 4, 5, 7 et 8, chaque plaque bipolaire 22 comprend des première et deuxième faces 26.1, 26.2 ainsi qu’au moins un chant 26.3 reliant les première et deuxième faces 26.1, 26.2. Selon une configuration, le chant 26.3 de chaque plaque bipolaire 22 décrit un carré ou un rectangle. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ces géométries pour le contour C des plaques bipolaires 22. A titre d’exemple, le contour C de chaque plaque bipolaire 22 pourrait être circulaire. Toutes les plaques bipolaires 22 présentent un même contour C et sont agencées de manière à ce que les contours C des plaques bipolaires 22 coïncident. Selon un premier mode de réalisation visible sur les figures 3 à 5, chaque plaque bipolaire 22 comprend une bordure périphérique 28 qui longe le chant 26.3 et recourbée de manière à ce que chaque plaque bipolaire 22 forme au niveau de la première face 26.1 une forme convexe et au niveau de la deuxième 26.2 une forme concave. Selon ce premier mode de réalisation, chaque plaque bipolaire 22 comprend une partie centrale plane 30 et positionnée dans un plan transversal ainsi qu’une bordure périphérique 28 évasée, formant une pyramide tronquée ou un tronc de cône. Selon ce premier mode de réalisation illustré sur la FIG. 3 , les plaques bipolaires 22 s’emboîtent les unes dans les autres. Lorsque les parties centrales 30 planes des plaques bipolaires 22 sont comprimées par le système de compression 24, les bordures périphériques 28 empêchent tout mouvement de translation des plaques bipolaires 22 les unes par rapport aux autres selon la direction transversale. Pour donner un ordre de grandeur, la bordure périphérique 28 présente une largeur comprise entre 3 et 10% de la longueur d’un côté de la plaque bipolaire 22 ou de son diamètre. Selon un deuxième mode de réalisation visible sur les figures 6 à 8, chaque plaque bipolaire 22 comprend au moins un enfoncement 32 qui génère une forme en saillie 32.1 sur la première face 26.1 ainsi qu’une forme en creux 32.2 sur la deuxième face 26.2. Selon ce deuxième mode de réalisation, lorsque les plaques bipolaires 22 sont comprimées par le système de compression 24, la forme en saillie 32.1 de chaque plaque bipolaire 22 se loge dans la forme en creux 32.2 d’une autre plaque bipolaire 22, ce qui permet de conserver les plaques bipolaires 22 immobiles les unes par rapport aux autres dans des plans transversaux et d’éviter qu’elles ne glissent entre elles. Selon une configuration, dans le cas de plaques bipolaires 22 carrées ou rectangulaires présentant quatre angles, chacune d’elles comprend quatre enfoncements 32 positionnés à proximité des angles. Selon une conception, chaque enfoncement 32 comprend une zone centrale 34 sensiblement plane et parallèle aux première et deuxième faces 26.1, 26.2 de la plaque bipolaire 22 ainsi qu’une zone de jonction 36, reliant la zone centrale 34 au reste de la plaque bipolaire 22, qui présente une forme évasée de la zone centrale 34 vers la première face 26.1. Selon un agencement, la zone centrale 34 est un disque et la zone de jonction 36 est tronconique. Selon ce deuxième mode de réalisation illustré sur la FIG. 6 , lorsque les plaques bipolaires 22 sont comprimées par le système de compression 24, la forme en saillie 32.1 de chaque enfoncement 32 de chaque plaque bipolaire 22 se loge dans la forme en creux 32.2 de l’enfoncement 32 d’une autre plaque bipolaire 22. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à ces deux modes de réalisation. Quel que soit le mode de réalisation, au moins des première et deuxième plaques bipolaires 22 de l’empilage de plaques bipolaires et d’électrolytes comprennent des formes complémentaires qui coopèrent entre elles de manière à ce que les première et deuxième plaques bipolaires 22 soient immobilisées l’une par rapport à l’autre dans un plan transversal, notamment lorsque les plaques bipolaires 22 de l’empilage sont comprimées les unes contre les autres. Cette solution permet d’obtenir une pile à combustible 20 robuste, qui conserve des performances optimales et présente une durée de vie allongée par rapport aux piles à combustible de l’art antérieur. Le maintien en position des plaques bipolaires 22 est réalisé sans ajout d’éléments, ce qui conduit à ne pas augmenter la masse de la pile à combustible 20 et à ne pas la complexifier. La pile à combustible 20 obtenue selon l’invention peut être utilisée dans des environnements où elle est soumise à des chocs, des accélérations, des décélérations ou des vibrations. Ainsi, elle peut être utilisée dans le domaine du transport et équiper un véhicule comme un aéronef par exemple. Selon un mode de réalisation privilégié, toutes les plaques bipolaires 22 de l’empilage comprennent des formes complémentaires qui coopèrent entre elles de manière à ce que toutes les plaques bipolaires 22 soient immobilisées les unes par rapport aux autres dans des plans transversaux. Selon une configuration, chaque plaque bipolaire 22 comprend au moins une déformation qui génère une forme en saillie sur la première face 26.1 et une forme en creux sur la deuxième face 26.2. La forme en saillie correspond à la partie centrale plane 30 dans le cas du premier mode de réalisation et à la zone centrale 34 d’un enfoncement 32 dans le cas du deuxième mode de réalisation. La déformation est adjacente au chant 26.3 de la plaque bipolaire 22 dans le cas du premier mode de réalisation et/ou distante du chant 26.3 de la plaque bipolaire 22 dans le cas du deuxième mode de réalisation. Selon un mode opératoire, les plaques bipolaires 22 sont déformées par une technique de déformation telle que l’emboutissage par exemple. Selon des modes de réalisation, les électrolytes positionnés entre les plaques bipolaires 22 sont réalisés en un matériau déformable configuré pour permettre aux électrolytes de se déformer et de s’adapter aux formes des plaques bipolaires 22 lorsque l’empilage est comprimé. En variante, les électrolytes présentent, dans un état non comprimé, des formes complémentaires à celles des plaques bipolaires 22. Ainsi, chaque électrolyte présente au moins une forme en creux configurée pour loger une forme en saillie d’une plaque bipolaire 22 adjacente et/ou au moins une forme en saillie configurée pour se loger dans une forme en creux d’une plaque bipolaire 22 adjacente. Pile à combustible comprenant un empilage de plaques bipolaires (22) et d’électrolytes positionnés dans des plans transversaux et de manière alternée ainsi qu’un système de compression (24) configuré pour comprimer les plaques bipolaires (22) et les électrolytes les uns contre les autres selon une direction longitudinale perpendiculaire aux plans transversaux, chaque plaque bipolaire (22) comportant des première et deuxième faces (26.1, 26.2) ainsi qu’au moins un chant (26.3) qui relie les première et deuxième faces (26.1, 26.2) ; caractérisée en ce qu’au moins des première et deuxième plaques bipolaires (22) de l’empilage de plaques bipolaires et d’électrolytes comprennent des formes complémentaires qui coopèrent entre elles de manière à ce que les première et deuxième plaques bipolaires (22) soient immobilisées l’une par rapport à l’autre dans un plan transversal. Pile à combustible selon la revendication précédente, caractérisée en ce que toutes les plaques bipolaires (22) de l’empilage comprennent des formes complémentaires qui coopèrent entre elles de manière à ce que toutes les plaques bipolaires (22) soient immobilisées les unes par rapport aux autres dans des plans transversaux. Pile à combustible selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque plaque bipolaire (22) comprend au moins une déformation qui génère une forme en saillie sur la première face (26.1) et une forme en creux sur la deuxième face (26.2). Pile à combustible selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la déformation est adjacente au chant (26.3) de chaque plaque bipolaire (22). Pile à combustible selon la revendication précédente, caractérisée en ce que chaque plaque bipolaire (22) comprend une partie centrale plane (30) positionnée dans un plan transversal ainsi qu’une bordure périphérique (28) recourbée qui longe le chant (26.3), formant une pyramide tronquée ou un tronc de cône. Pile à combustible selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque déformation est distante du chant (26.3) de la plaque bipolaire (22). Pile à combustible selon la revendication précédente, caractérisée en ce que chaque plaque bipolaire (22) comprend au moins un enfoncement (32) qui génère une forme en saillie (32.1) sur la première face (26.1) ainsi qu’une forme en creux (32.2) sur la deuxième face (26.2). Pile à combustible selon la revendication précédente, caractérisée en ce que chaque plaque bipolaire (22) est carrée ou rectangulaire et présente quatre angles ainsi que quatre enfoncements (32) positionnés à proximité des angles. Pile à combustible selon l’une des revendications 7 à 8, caractérisée en ce que chaque enfoncement (32) comprend une zone centrale (34), en forme de disque, sensiblement plane et parallèle aux première et deuxième faces (26.1, 26.2) de la plaque bipolaire (22) ainsi qu’une zone de jonction (36) tronconique reliant la zone centrale (34) au reste de la plaque bipolaire (22). Pile à combustible selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les électrolytes positionnés entre les plaques bipolaires (22) sont réalisés en un matériau déformable configuré pour permettre aux électrolytes de se déformer et de s’adapter aux formes des plaques bipolaires (22) lorsque l’empilage est comprimé. Pile à combustible selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que les électrolytes présentent, dans un état non comprimé, des formes complémentaires à celles des plaques bipolaires (22).