EP1525640A2 - Pile a combustible ,cellule ou groupe de cellules appartenant a une telle pile, kit de remplacement pour cette cellule et son procede de fabrication - Google Patents

Pile a combustible ,cellule ou groupe de cellules appartenant a une telle pile, kit de remplacement pour cette cellule et son procede de fabrication

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EP1525640A2
EP1525640A2 EP03727560A EP03727560A EP1525640A2 EP 1525640 A2 EP1525640 A2 EP 1525640A2 EP 03727560 A EP03727560 A EP 03727560A EP 03727560 A EP03727560 A EP 03727560A EP 1525640 A2 EP1525640 A2 EP 1525640A2
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EP
European Patent Office
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fuel cell
cells
cell according
group
cell
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Withdrawn
Application number
EP03727560A
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German (de)
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Inventor
Thierry Novet
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LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
Air Liquide SA
LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
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Filing date
Publication date
Application filed by Air Liquide SA, LAir Liquide SA a Directoire et Conseil de Surveillance pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical Air Liquide SA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0297—Arrangements for joining electrodes, reservoir layers, heat exchange units or bipolar separators to each other
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • Fuel cell, cell or group of cells belonging to a. such cell, replacement kit for this cell and its manufacturing process The present invention relates to the technical field of energy production based on fuel cells and more particularly to fuel cell architectures.
  • a fuel cell comprises a succession of elementary cells, arranged one next to the other in an assembly commonly called a "pack".
  • Each cell has an anode compartment, where hydrogen oxidation occurs, as well as a cathode compartment, in which the oxygen in the air is reduced, with production of water.
  • a proton exchange membrane PEM
  • the anode compartment is placed in communication with a hydrogen inlet line, as well as a line for discharging the hydrogen consumed. The latter is mixed with a fraction of water, which has been produced at the cathode and has passed through the aforementioned separation membrane.
  • the cathode compartment is provided with an inlet pipe for a mixture of oxygen-containing gases, typically air, as well as with a pipe for discharging this mixed oxygen-depleted mixture. to water.
  • a mixture of oxygen-containing gases typically air
  • a pipe for discharging this mixed oxygen-depleted mixture. to water.
  • bipolar plates are generally provided, each of which separates two adjacent elementary cells. Such plates are capable of performing several functions, such as in particular the distribution of reactive gases.
  • the fuel cell architecture of the type described above has certain drawbacks, in particular in terms of maintenance.
  • the present invention aims to remedy such drawbacks, and proposes to produce a fuel cell of simple configuration, robust and whose maintenance is greatly facilitated.
  • the invention provides a fuel cell, more particularly comprising a succession of elementary cells pressed against each other by compression means, each of these cells comprising a central structure formed by a membrane and two electrodes arranged on either side of this membrane, and on either side of the central structure, an external separation structure, the cells being pressed with their separation structures in contact with each other, so that these two adjacent cells can be separated from one another by deactivating the compression means, and means for supplying and discharging fluids extending along the cells and individually connectable to the latter.
  • the supply and evacuation means each comprise - an expandable fluid distribution assembly, typically telescopic.
  • each connecting member is mounted in a support of the fuel cell, with the possibility of transverse movement relative to this support, at least in the longitudinal direction of the fuel cell; at least one member is provided for sealing between each junction member and a corresponding channel and bearing against a sealing zone bordering this channel, said sealing zone being cylindrical, with an axis parallel to a main plane of the cell;
  • the or each fluid distribution assembly comprises at least two fluid distribution elements, arranged one behind the other in the direction of flow of each fluid, these elements being connected to each other by at least one intermediate connector, capable of sliding in relation to the distribution elements that it connects;
  • the or each fluid distribution assembly is made of an electrically insulating material and is advantageously made of a moldable material;
  • the invention also relates to an elementary cell, or a group of elementary cells, for a fuel cell as defined above, the or each cell comprising at least one central structure formed by a membrane and two electrodes, arranged on either side of this membrane, as well as two separation members, provided at the two ends of the elementary cell or of the group of cells, each separation member being. able to bear against another separation member belonging to an adjacent cell, in an arrangement thus making it possible to easily separate the elementary cell or the group of cells from each adjacent cell without deconstructing the entire stack.
  • the subject of the invention is also • a replacement kit for an elementary cell or a group of elementary cells as defined above, comprising a central structure formed by a membrane and two electrodes, arranged on either side of this membrane, as well as an enclosed package in which the central structure is received.
  • orifices are provided in a peripheral joint of the central structure, these orifices being able to receive the positioning means; - the packaging contains a neutral gas, in particular nitrogen.
  • the invention finally relates to a process for manufacturing the replacement kit as defined above, in which the central structure is assembled by hot pressing, then the packaging is brought around this central structure.
  • an electrical preconditioning current is passed through the central structure.
  • - Figure 10 is a longitudinal sectional view illustrating a gas distribution assembly belonging to the fuel cell of Figures 1 to 4;
  • - Figure 11 is a longitudinal sectional view, on a larger scale, illustrating a connecting finger belonging to the fuel cell of Figures 1 to 4;
  • FIG. 12 is a schematic view illustrating a group of elementary cells that can equip the fuel cell of Figures 1 to 4.
  • FIG. 13 is a schematic perspective view, illustrating a replacement kit able to cooperate with an elementary cell, or a group of elementary cells for equipping the fuel cell of FIGS. 1 to 4.
  • the fuel cell of the invention comprises a base or support structure 2, typically in the form of a plate, above which extends, parallel to the base, an intermediate plate or plate 4. Between these two elements are inserted between two gas distribution assemblies or manifolds, identified by the references 6 and 7, which will be described in more detail below.
  • the plate 4 is surmounted by two parallel vertical side walls 8, at the front end of which are arranged two vertical insulating pieces parallel 10 orthogonal to the walls 8.
  • Conductive sheets 12, for example made of copper and connected to electrical terminals 14, are placed on the inside of the insulating pieces 10.
  • a succession of elementary cells 16 ⁇ to 16 n is interposed between the two conductive sheets 12. The structure of each of these cells will be described in more detail in the following.
  • Two vertical holding plates 18 ⁇ and 18 2 intended for the mechanical holding of all the elementary cells, are arranged against the external face of the insulating pieces 10. Furthermore, four bars or tie rods 20 extend horizontally along the side walls 8, outside of these.
  • each bar 20 passes through the first holding plate 18 ⁇ . It is joined there by means of a stop formed by a head 22, while a Belleville washer 220, not shown in detail, is interposed between this stop 22 and the opposite face of the plate 18.
  • these washers 220 make it possible to absorb variations in length, due to possible thermal expansion, and guarantee that the assembly pressure is maintained.
  • the bars 20 pass through the other retaining plate 18 2 and engage in a vertical auxiliary plate 24, provided at a distance, outside the retaining plate 18 2 , parallel to the latter.
  • the bars 20 are provided with a threaded portion, cooperating with a terminal assembly nut 26.
  • a cylinder 28, advantageously hydraulic, provided with its supply piping 30, is interposed between the holding plate 18 and the auxiliary plate 24. It should be noted that, in the vicinity of the holding plate 18, each bar 20 is advantageously provided with an intermediate threaded portion, capable of cooperating with a nut 32 for maintaining the tension cooperating in abutment against the external face of the plate 18.
  • the auxiliary plate 24 receives four axial screws, of which only two 34 are shown. The end of the rods of these screws is able to bear against the external face of the retaining plate 18 2 , so that these screws are, if necessary, able to replace the jack 28.
  • each elementary cell 16 comprises a central lamellar structure 36, consisting of a sandwich of an electrode, a membrane and an electrode.
  • This structure is bordered peripherally by a seal 37, shown in Figure 13.
  • Each electrode can be structured to directly distribute the gases. It can also, as a variant, comprise a reaction zone, associated with a diffusion zone.
  • the membrane is advantageously made of Nafion TM polymer, sold by Du Pont, the electrodes being made of a porous structure of platinum-coated graphite, Nafion TM and PTFE, and the interstitial diffusion layers of graphite and PTFE.
  • two intermediate plates 38 and 40 are arranged on either side of the central structure 36.
  • the intermediate plate 38 is intended for the circulation of hydrogen
  • the plate 40 is intended for the circulation of air.
  • These plates 38, 40 are for example made of graphite, or a porous metallic material.
  • two separation plates 42 and 44 are placed on either side of the plates 38 and 40.
  • These end plates 42 and 44 which are assigned to the respective distributions of hydrogen and air, are placed in communication with a neighboring intermediate plate, as will be described below. They are made, for example, of graphite, a graphite-polymer mixture or of metal.
  • each plate 42 or 44 can be produced in one piece with a corresponding intermediate plate 38 or 40, so as to form a single separation member.
  • the overall thickness of the cell can be reduced to around 6 mm.
  • a loop or loop 46 is also provided, fixed at its ends to the upper edges of the two plates separation 42 and 44 of the same elementary cell 16.
  • Such a handle allows the gripping and handling of this elementary cell by a user, which gives a particularly easy character to the disassembly of this cell.
  • the opposite faces of the adjacent partition plates 42, 44 are notched or grooved, which leads to the formation of fins or ribs 47.
  • the spaces between the latter are able to circulate a cooling air flow, coming from fans 48 advantageously arranged between the plates 4 and .2, directly in contact with these separation plates. Under these conditions, the heat exchange surface is integrated into the elementary cells of the fuel cell.
  • the pitch and the width of the fins are calculated so as to prevent facing fins from overlapping each other, during assembly or disassembly.
  • the heat exchange function, described above, can also be provided by another member, such as a corrugated metal sheet, a grid, or even a porous metallic material.
  • each intermediate plate 38, 40 is provided with a corresponding pin 49, 50.
  • the latter typically passes through the peripheral joint of the central structure 36, so as to be housed in an orifice 52 , 54, arranged opposite in the other intermediate plate 40,38.
  • These pins 49.50 ensure not only a polarization, for the mounting of the cell, but also a maintenance and a positioning of the whole of the pre-assembled cell, in the absence of other fixing means.
  • all the elementary cells of the fuel cell may not be individual, in this sense a subset of these cells can form an inseparable group, assigned the reference 116 in FIG. 12.
  • a group 116 of cells is provided with one or more bipolar separation plates, made of in a manner known per se.
  • there are three cells 116 ⁇ to 116 3 separated in pairs by two bipolar plates 117.
  • this group of cells 116 is removable as a whole with respect to the cells which are adjacent to it, not shown in this figure 12.
  • FIG. 10 illustrates one (6) of the above-mentioned gas distribution assemblies, it being understood that the other (7) of these assemblies, sketched in FIG. 1, has a similar structure.
  • the assembly 6 consists of three aligned distribution elements 6 ⁇ to 6 3 , each hollowed out with an axial through hole 55, these holes communicating with each other. These elements are also connected two by two by annular intermediate connectors 56 inserted in end zones of enlarged diameter of the holes 55.
  • Each connector which is provided with two peripheral "0-ring" seals, is suitable for slide in relation to the two elements it connects. It thus ensures a fixation TELESC 'opique between the two. This therefore makes it possible to absorb the variations in length of the stack due to pressurization, with a view to its assembly, or else to thermal dilations in operation.
  • One (6 ⁇ ) of the distribution elements is also provided, at its outer end, with a connector 58, intended to be connected to an air inlet.
  • This connector 58 provided with a peripheral seal, and received in one end of enlarged diameter of the bore 55 of the element 6 ⁇ , is also capable of sliding relative to this element 6 ⁇ .
  • the other end element 6 3 is equipped with a plug 60, intended to prevent any untimely exit of air.
  • at least one of the distribution assemblies 6, 7 is made of an electrically insulating material, for example polyamide or polypropylene.
  • each fluid distribution assembly is made of a moldable material, which makes it possible to set up mass production, and therefore to reduce the corresponding costs.
  • FIG. 3 illustrates the separation plate 44 2 , dedicated to air circulation.
  • the bore 55 intended for the air intake, communicates with a horizontal transverse passage 68 ⁇ , which itself opens into a vertical interior volume receiving a junction finger 70 ⁇ vertically passing through the plate 4 with a possibility of transverse movement, at least from rear to front of the stack (arrow f in FIG. 2).
  • this clearance makes it possible to compensate for the variations in length of the stack, when it is pressurized.
  • the finger 70 ⁇ comprises a tubular body 72, terminated by a chamfered lower end 74, provided with a peripheral seal 76, received in the vertical volume of the block of 1 distribution assembly 6.
  • the body 72 is further provided with a collar 78, adapted to cooperate with the underside of the plate 4, so as to retain the assembly of the finger in position, against one upward effort.
  • this finger 70 ⁇ has a chamfered upper end 80, provided with a peripheral seal 82, inserted, in use, in the walls of an internal distribution channel 84, extending vertically in the separation plate 44 2 .
  • the peripheral seal 82 bears against a sealing zone 85, bordering the channel 84.
  • This sealing zone 85 has a cylindrical shape, the cross section of which, circular in the example shown, can be arbitrary. Furthermore, the main axis of the cylinder forming the zone 85 is parallel to the main plane of the cell, that is to say that it is vertical in FIG. 11. It should be noted that the two ends 74 and 80 of the finger 70 ⁇ also allow it to absorb variations in the length of the stack while guaranteeing tightness thanks to the two O-rings 76, 82. As an alternative, the two ends of the joining finger 70 can be made of a material allowing such a clearance. Mention will be made in particular, without limitation, of an elastomeric material.
  • the channel 84 opens, via a connector 86, into a first end 88 of an air distribution network, formed in a conventional manner in the intermediate plate 40 forming a current collector.
  • This network extends in the vicinity of the central structure 36, in order to allow the implementation of the oxygen reduction reaction of the air, in the cathode compartment of the cell.
  • this air distribution network ends, in the intermediate plate 40, by another end 90 which opens, via a tubular connection 92, into an air evacuation channel 94, formed in the lower end of the separation plate 44.
  • the walls of this channel 94 receive another junction pin 70 2 , similar to that 70 ⁇ described above.
  • This finger 70 2 connects the channel 94 to an additional horizontal transverse passage 68 2 which opens into the axial bore 62 of the air outlet, formed in the gas distribution assembly 7.
  • the hydrogen inlet hole 64 is placed in communication with a vertical transverse passage 69 ⁇ which opens into the interior volume of a connecting finger 70 3 , similar to those 70 ⁇ and 70 2 described previously.
  • the downstream end, namely upper end in FIG. 4, of this finger 70 3 opens into a vertical channel 96, formed in the plate 42 2 , belonging to the same elementary cell 16 3 as the plate 44 2 .
  • this channel 96 is put in communication, via a tubular connection 98, with one end 100 of a hydrogen distribution network analogous, in its architecture, to the air distribution network described above. above.
  • This hydrogen network which is formed in the intermediate plate 38, extends opposite, with respect to the central structure 36, of the air distribution network, described above.
  • Such a distribution network is intended for the implementation of the hydrogen oxidation reaction, in the anode compartment of the cell.
  • this hydrogen distribution network is placed in communication, via a tubular connector 104, with a channel 106 for evacuating hydrogen, formed in the separation plate 44 2 (see also figure 4).
  • the lower end of this channel 106 receives the upper end of a connecting finger 70, similar to those described above.
  • This finger 70 4 thus communicates the channel 106 with a vertical passage 69 2 , formed in the distribution assembly 7 and then opens into the axial bore 66, allowing the exit of the hydrogen.
  • FIG. 13 illustrates, according to one aspect of the invention, a replacement kit for an elementary cell 16 or group 116 of elementary cells.
  • This kit includes a replacement central sandwich structure 36R, similar to that described above.
  • This central structure 36R is provided, in known manner, with a flat peripheral seal 37 bordering the membrane and the electrodes.
  • Two orifices 37 ′ are formed in this joint 37, for example symmetrically with respect to the barycenter of the whole of the structure. Such orifices are suitable for receiving the pins 49, 50 described with reference to FIGS. 6 and 7.
  • the sandwich structure has a variable surface, typically in a format between 12 x 15 cm and an A 4 format.
  • the replacement kit includes a package 36 ′, in which the structure 36R is received in a sealed manner.
  • packaging is for example made of cellophane or polyurethane.
  • the package contains a gas inert, such as nitrogen.
  • the process for manufacturing the replacement kit in FIG. 13 firstly comprises an assembly phase of the central sandwich structure 36R. This is carried out by hot pressing, in a known manner, for example at a temperature between 80 and 90 ° C, as well as at a pressure close to 20 bars.
  • a validation of this central structure is carried out by subjecting the latter to a conditioning current, the value of which is for example between 0.4 and 0.6 A / cm.
  • a conditioning current the value of which is for example between 0.4 and 0.6 A / cm.

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Abstract

Pile à combustible comprenant une succession de cellules élémentaires (161 à 16n), chacune de ces cellules comportant une structure centrale (361) formée d'une membrane et de deux électrodes, disposées de part et d'autre de cette membrane, ainsi que des moyens de séparation, permettant de séparer chaque cellule par rapport à la ou à chaque cellule adjacente, caractérisée en ce qu'au moins deux cellules adjacentes (161, 162, 163, ..., 16n) sont pourvues de moyens de séparation indépendants (441, 422, 442, 423, . . . , 44n_1, 42n) , propres à chacune de ces deux cellules, de sorte que ces deux cellules adjacentes peuvent être désolidarisées l'une de l'autre.

Description

Pile à combustible, cellule ou groupe de cellules appartenant à une. telle pile, kit de remplacement pour cette cellule et son procédé de fabrication La présente invention concerne le domaine technique de la production d'énergie à base de pile à combustible et plus particulièrement les architectures de piles à combustible.
De façon classique, une pile à combustible comporte une succession de cellules élémentaires, disposées les unes à côté des autres dans un assemblage communément appelé « pack ». Chaque cellule comporte un compartiment anodique, où se produit l'oxydation de l'hydrogène, ainsi qu'un compartiment cathodique, dans lequel l'oxygène de l'air est réduit, avec production d'eau. En outre, une membrane échangeuse de protons (PEM) sépare physiquement les compartiments anodique et cathodique d'une cellule considérée, qui se trouvent par ailleurs connecté à un circuit électrique extérieur. Le compartiment anodique est mis en communication avec une ligne d'arrivée d'hydrogène, ainsi qu'une ligne d'évacuation de l'hydrogène consommé. Ce dernier est mélangé avec une fraction d'eau, qui a été produite au niveau de la cathode et a traversé la membrane de séparation précitée. De façon analogue, le compartiment cathodique est pourvu d'une conduite d'arrivée d'un mélange de gaz contenant de l'oxygène, typiquement l'air, ainsi que d'une conduite d'évacuation de ce mélange appauvri en oxygène, mélangé à de l'eau. Par ailleurs, plusieurs plaques bipolaires sont généralement prévues, dont chacune sépare deux cellules élémentaires adjacentes. De telles plaques sont susceptibles d'assurer plusieurs fonctions, telles que notamment la distribution des gaz réactifs. L'architecture de pile à combustible du type décrit ci-dessus présente certains inconvénients, en particulier en termes de maintenance .
En effet, lorsqu'une cellule de cette pile est endommagée, il est nécessaire de démonter intégralement le pack, puis de remonter l'ensemble de la pile. En outre, il se révèle nécessaire de mettre au rebut certains éléments de la pile, tels que les joints d' étanchéité.
La présente invention vise à remédier à de tels inconvénients, et se propose de réaliser une pile à combustible de configuration simple, robuste et dont la maintenance soit grandement facilitée.
A cet effet, l'invention propose une pile à combustible, plus particulièrement comprenant une succession de cellules élémentaires pressées les unes contre les autres par des moyens de compression, chacune de ces cellules comportant une structure centrale formée d'une membrane et de deux électrodes disposées de part et d'autre de cette membrane, et, de part et d'autre de la structure centrale, une structure extérieure de séparation , les cellules étant pressées avec leurs structures de séparation en contact l'une avec l'autre, de sorte que ces deux cellules adjacentes peuvent être désolidarisées l'une de l'autre en désactivant les moyens de compression, et des moyens d'amenée et d'évacuation de fluides s ' étendant le long des cellules et connectables individuellement à ces dernières .
Selon d'autres caractéristiques de l'invention :
- les moyens d'amenée et d'évacuation comprennent chacun- un ensemble de distribution de fluide extensible, typiquement télescopique .
- chaque organe de jonction est monté dans un support de la pile à combustible, avec possibilité de débattement transversal par rapport à ce support, au moins selon la direction longitudinale de la pile à combustible ; il est prévu au moins un organe assurant l'étanchéité entre chaque organe de jonction et un canal correspondant et prenant appui contre une zone d'étanchéité, bordant ce canal, ladite zone d'étanchéité étant cylindrique, d'axe parallèle à un plan principal de la cellule ;
- le ou chaque ensemble de distribution de fluide comprend au moins deux éléments de distribution de fluide, disposés les uns derrière les autres selon le sens d'écoulement de chaque fluide, ces éléments étant reliés mutuellement par au moins un raccord intermédiaire, apte à coulisser par rapport aux éléments de distribution qu'il relie ;
- le ou chaque ensemble de distribution de fluide est réalisé en une matière isolante électriquement et est avantageusement réalisé en une matière moulable ;
L'invention a également pour objet une cellule élémentaire, ou un groupe de cellules élémentaires, pour une pile à combustible telle que définie ci-dessus, la ou chaque cellule comprenant au moins une structure centrale formée d'une membrane et de deux électrodes, disposées de part et d'autre de cette membrane, ainsi que deux organes de séparation, prévus aux deux extrémités de la cellule élémentaire ou du groupe de cellules, chaque organe de séparation étant . apte à prendre appui contre un autre organe de séparation appartenant à une cellule adjacente, dans un agencement permettant ainsi de désolidariser aisément la cellule élémentaire ou le groupe de cellules par rapport à chaque cellule adjacente sans déconstruire l'ensemble de la pile.
L'invention a également • pour objet un kit de remplacement pour une cellule élémentaire ou un groupe de cellules élémentaires telles que définies ci-dessus, comprenant une structure centrale formée d'une membrane et de deux électrodes, disposées de part et d'autre de cette membrane, ainsi qu'un emballage clos dans lequel est reçue la structure centrale.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention : des orifices sont ménagés dans un joint périphérique de la structure centrale, ces orifices étant aptes à recevoir les moyens de positionnement ; - l'emballage contient un gaz neutre, en particulier de l'azote.
L'invention a enfin pour objet un procédé de fabrication du kit de remplacement tel que défini ci- dessus, dans lequel on assemble la structure centrale par pressage à chaud, puis on rapporte l'emballage autour de cette structure centrale.
Selon une autre caractéristique de l'invention, avant de rapporter l'emballage, on fait passer un courant électrique de pré-conditionnement dans la structure centrale.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisations particuliers, donnés à titre d'exemples non limitatifs, faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus, illustrant un mode de réalisation d'une pile à combustible conforme à 1 ' invention ;
- la figure 2 est une vue en coupe longitudinale de cette pile, selon la ligne II-II à la figure 1 ; - les figures 3 et 4 sont des vues en coupe transversale de cette pile, respectivement selon les lignes III-III et IV-IV à la figure 2 ; - la figure 5 est une vue de face, illustrant une cellule élémentaire de la pile à combustible des figures 1 à 4 ; les figures 6 et 7 sont des vues en coupe transversale, respectivement selon les lignes VI-VI et VII- VII à la figure 5, illustrant le montage de cette cellule élémentaire ; les figures 8 et 9 sont des vues en coupe transversale, respectivement selon les lignes VIII-VIII et IX-IX à la figure 5, illustrant la circulation des gaz à l'intérieur de cette cellule ;
- la figure 10 est une vue en coupe longitudinale, illustrant un ensemble de distribution des gaz appartenant à la pile à combustible des figures 1 à 4 ; - la figure 11 est une vue en coupe longitudinale, à plus grande échelle, illustrant un doigt de jonction appartenant à la pile à combustible des figures 1 à 4 ;
- la figure 12 est une vue schématique, illustrant un groupe de cellules élémentaires pouvant équiper la pile à combustible des figures 1 à 4 ; et
- la figure 13 est une vue schématique en perspective, illustrant un kit de remplacement apte à coopérer avec une cellule élémentaire, ou un groupe de cellules élémentaires pour équiper la pile à combustible des figures 1 à 4. Dans le mode de réalisation représenté sur les figures 1 à 4, la pile à combustible de l'invention comprend une embase ou structure support 2, typiquement en forme de plaque, au dessus de laquelle s'étend, parallèlement à l'embase, un plateau ou plaque intermédiaire 4. Entre ces deux éléments sont intercalés deux ensembles de distribution de gaz ou manifolds, repérés par les références 6 et 7, qui seront décrits plus en détail ci- dessous . Le plateau 4 est surmonté de deux parois latérales verticales parallèles 8, à l'extrémité frontale desquelles sont disposées deux pièces isolantes verticales parallèles 10 orthogonales aux parois 8. Des feuilles conductrices 12, par exemple réalisées en cuivre et reliées à des bornes électriques 14, sont placées sur la face intérieure des pièces isolantes 10.
Une succession de cellules élémentaires 16ι à 16n est interposée entre les deux feuilles conductrices 12. La structure de chacune de ces cellules sera décrite plus en détail dans ce qui suit.
Deux plaques de maintien verticales 18χ et 182, destinées au maintien mécanique de l'ensemble des cellules élémentaires, sont disposées contre la face externe des pièces isolantes 10. Par ailleurs, quatre barres ou tirants 20 s'étendent horizontalement le long des parois latérales 8, à l'extérieur de celles-ci.
A une première extrémité, chaque barre 20 traverse la première plaque de maintien 18ι. Elle s'y trouve solidarisée par l'intermédiaire d'une butée formée par une tête 22, alors qu'une rondelle Belleville 220, non figurée en détail, est interposée entre cette butée 22 et la face en regard de la plaque 18ι.
En service, ces rondelles 220 permettent d'absorber les variations de longueur, dues à d'éventuelles dilatations thermiques, et garantissent un maintien de la pression d'assemblage.
A leur autre extrémité, les barres 20 traversent l'autre plaque de maintien 182 et s'engagent dans une plaque auxiliaire verticale 24, prévue à distance, à l'extérieur de la plaque de maintien 182, parallèlement à cette dernière. A leur extrémité, les barres 20 sont pourvues d'une portion filetée, coopérant avec un écrou terminal d'assemblage 26.' Dans le mode de réalisation représenté, un vérin 28, avantageusement hydraulique, pourvu de sa tuyauterie d'alimentation 30, est intercalé entre la plaque de maintien 18 et la plaque auxiliaire 24. Il est à noter que, au voisinage de la plaque de maintien 18 , chaque barre 20 est avantageusement munie d'une portion filetée intermédiaire, pouvant coopérer avec un écrou 32 de maintien en tension coopérant en appui contre la face extérieure de la plaque 18 . Enfin, la plaque auxiliaire 24 reçoit quatre vis axiales, dont seules deux 34 sont représentées. L'extrémité de tiges de ces vis est apte à prendre appui contre la face extérieure de la plaque de maintien 182, de sorte que ces vis sont, le cas échéant, à même de se substituer au vérin 28.
En faisant désormais notamment référence à la figure 2, chaque cellule élémentaire 16 comprend une structure lamellaire centrale 36, constituée d'un sandwich d'une électrode, d'une membrane et d'une électrode. Cette structure, connue en tant que telle, est bordée périphériquement par un joint 37, représenté à la figure 13. Chaque électrode peut être structurée pour assurer directement la répartition des gaz. Elle peut également, en variante, comprendre une zone réactionnelle, associée à une zone diffusionnelle . La membrane est avantageusement réalisée en polymère Nafion™, commercialisé par Du Pont, les électrodes étant constituées d'une structure poreuse en graphite platiné, Nafion™ et PTFE, et les couches de diffusion interstitielles en graphite et PTFE.
Dans le mode de réalisation représenté, deux plaques intermédiaires 38 et 40, formant collecteurs de courant, sont disposées de part et d'autre de la structure centrale 36. Comme on le verra plus loin, la plaque intermédiaire 38 est destinée à la circulation d'hydrogène, alors que la plaque 40 est destinée à la circulation d'air. Ces plaques 38, 40 sont par exemple réalisées en graphite, ou en un matériau métallique poreux. Enfin, deux plaques de séparation 42 et 44 sont placées de part et d'autre des plaques 38 et 40. Ces plaques d'extrémité 42 et 44, qui sont affectées aux distributions respectives d'hydrogène et d'air, sont mises en communication avec une plaque intermédiaire voisine, comme cela sera décrit dans ce qui suit. Elles sont réalisées par exemple en graphite, mélange graphite- polymère ou en métal.
Comme le montre la figure 2 , dans le mode de réalisation représenté deux cellules adjacentes, par exemple 16 et 163, sont séparées par l'intermédiaire des plaques 442 et 423. Il convient de remarquer que de telles plaques de séparation, qui sont indépendantes, sont propres à chacune de ces deux cellules. Dans le cas de la présente pile à combustible, la plaque bipolaire unique habituelle est en effet remplacée par ces deux plaques distinctes 42, 44, que l'on peut en effet qualifier donc de « monopolaires ». Ceci représente un avantage notable, en termes de maintenance, dans la mesure où deux cellules élémentaires adjacentes peuvent être aisément désolidarisées l'une par rapport à l'autre, en vue de leur démontage. Avec un tel agencement, l'épaisseur de chaque cellule est comprise entre environ 8 et 10 mm.
A titre de variante non représentée, chaque plaque 42 ou 44 peut être réalisée d'un seul tenant avec une plaque intermédiaire correspondante 38 ou 40, de façon à former un unique organe de séparation. Dans ce cas, l'épaisseur hors- tout de la cellule peut être ramenée à environ 6 mm.
Il est par ailleurs prévu une boucle ou anse 46, fixée à ses extrémités sur les bords supérieurs des deux plaques de séparation 42 et 44 d'une même cellule élémentaire 16. Une telle anse permet la préhension et la manutention de cette cellule élémentaire par un utilisateur, ce qui confère un caractère particulièrement aisé au démontage de cette cellule.
Comme le montre notamment la figure 1, les faces en regard des plaques de séparation adjacentes 42,44 sont échancrées ou rainurées, ce qui conduit à la formation d'ailettes ou nervures 47. Les espaces entre ces dernières sont à même de faire circuler un flux d'air de refroidissement, provenant de ventilateurs 48 disposés avantageusement entre les plaques 4 et .2, directement au contact de ces plaques de séparation. Dans ces conditions, la surface d'échange thermique est intégrée aux cellules élémentaires de la pile à combustible.
Il convient de noter que le pas et la largeur des ailettes sont calculés de manière à éviter que des ailettes en regard ne s'imbriquent mutuellement, lors du montage ou du démontage. La fonction d'échange thermique, décrite ci- dessus, peut également être assurée par un autre organe, tel qu'une tôle métallique ondulée, une grille, ou encore un matériau poreux métallique.
Comme le montrent plus particulièrement les figures 6 et 7, chaque plaque intermédiaire 38, 40 est munie d'un pion correspondant 49, 50. Ce dernier traverse typiquement le joint périphérique de la structure centrale 36, de manière à se loger dans un orifice 52, 54, ménagé en regard dans l'autre plaque intermédiaire 40,38. Ces pions 49,50 assurent non seulement un détrompage, en vue du montage de la cellule, mais également un maintien et un positionnement de l'ensemble de la cellule pré-assemblée, en l'absence d'autres moyens de fixation.
A titre de variante, toutes les cellules élémentaires de la pile à combustible peuvent ne pas être individuelles, en ce sens un sous-ensemble de ces cellules peuvent former un groupe indissociable, affecté de la référence 116 sur la figure 12. Dans cette optique, un tel groupe 116 de cellules est pourvu d'une ou plusieurs plaques bipolaires de séparation, réalisées de façon connue en soi. Dans l'exemple décrit en référence à la figure 12, il est prévu trois cellules 116ι à 1163, séparées deux à deux par deux plaques bipolaires 117.
Seules les plaques de séparation d'extrémité 142 et 144 de ce groupe de cellules sont alors individuelles, à savoir qu'elles sont par exemple analogues à celles 42 et 44 des figures. De la sorte, ce groupe de cellules 116 est amovible en bloc par rapport aux cellules qui lui sont adjacentes, non représentées sur cette figure 12. A titre de variante supplémentaire, il est avantageux de prévoir, de manière séparée, des cellules ou groupes de cellules supplémentaires, qui peuvent se substituer à d'éventuelles cellules qui seraient endommagées. A cet égard, il est tout particulièrement avantageux de disposer et entreposer ces cellules ou groupes de cellules de remplacement dans un conditionnement individuel, par exemple un emballage en cellophane.
La figure 10 illustre l'un (6) des ensembles de distribution de gaz sus-mentionnés, étant entendu que l'autre (7) de ces ensembles, esquissé sur la Figure 1, possède une structure analogue.
Dans l'exemple représenté, l'ensemble 6 se compose de trois éléments de distribution alignés 6ι à 63, chacun creusé d'un perçage axial traversant 55, ces perçages communiquant les uns avec les autres. Ces éléments sont en outre reliés deux à deux par des raccords intermédiaires annulaires 56 insérés dans des zones d'extrémité de diamètre élargi des perçages 55. Chaque raccord, qui est muni de deux joints périphériques « 0-ring », est apte à coulisser par rapport aux deux éléments qu'il relie. Il assure ainsi une fixation télesc'opique entre ces deux éléments. Ceci permet donc d'absorber les variations de longueur de la pile dues à la mise en pression, en vue de son assemblage, ou encore à des dilations thermiques en fonctionnement .
L'un (6ι) des éléments de distribution est par ailleurs pourvu, à son extrémité extérieure, d'un raccord 58, destiné à être connecté à une arrivée d'air. Ce raccord 58, muni d'un joint périphérique, et reçu dans une extrémité de diamètre élargi du perçage 55 de l'élément 6χ, est également apte à coulisser par rapport à cet élément 6ι . Enfin, l'autre élément d'extrémité 63 est équipé d'un bouchon 60, destiné à empêcher toute sortie d'air intempestive. De façon avantageuse, au moins un des ensembles de distribution 6, 7 est réalisé en une matière isolante électriquement, par exemple en polyamide ou en polypropylène. Ainsi, l'eau qui se trouve évacuée par cet ensemble de distribution n'est pas en contact avec les éléments électriques des cellules. Ceci confère par conséquent un excellent isolement au circuit de puissance. De façon avantageuse, chaque ensemble de distribution de fluide est réalisé en un matériau moulable, ce qui permet de mettre en place une fabrication en série, et donc d'abaisser les coûts correspondants.
Comme le montrent les figures 3 et 4 , quatre séries de perçages parallèles sont ménagées dans les ensembles de distribution de gaz 6 et 7. Ainsi, outre les perçages axiaux 55, destinés à l'arrivée d'air, sont prévus des perçages axiaux 62 destinés à la sortie d'air, des perçages axiaux 64 destinés à l'arrivée d'hydrogène, ainsi que des perçages axiaux 66/ destinés à la sortie de cet hydrogène.
On va maintenant s'intéresser, plus particulièrement, à la figure 3 qui illustre la plaque de séparation 442, dédiée à la circulation d'air. Comme représenté sur cette figure 3, le perçage 55, destiné à l'arrivée d'air, communique avec un passage transversal horizontal 68ι, qui débouche lui-même dans un volume intérieur vertical recevant un doigt de jonction 70χ traversant verticalement le plateau 4 avec une possibilité de débattement transversal, au moins d'arrière en avant de la pile (flèche f sur la figure 2) . Etant donné que l'extrémité supérieure de ce doigt 70χ est destinée, en service, à être solidaire de la plaque 442, ce débattement permet de compenser les variations de longueur de la pile, lors de sa mise en pression.
En faisant référence à la figure 11, qui illustre à plus grande échelle le doigt 70ι, ce dernier comprend un corps tubulaire 72, terminé par une extrémité inférieure chanfreinée 74, munie d'un joint périphérique 76, reçue dans le volume vertical du bloc de 1 ' ensemble de distribution 6. Le corps 72 est en outre pourvu d'une collerette 78, apte à coopérer avec la face inférieure du plateau 4, de manière à retenir l'ensemble du doigt en position, à 1 ' encontre d'un effort s ' exerçant vers le haut. Enfin, ce doigt 70χ possède une extrémité supérieure chanfreinée 80, munie d'un joint périphérique 82, enfichée, en service, dans les parois d'un canal intérieur de distribution 84, s ' étendant verticalement dans la plaque de séparation 442.
De façon plus précise, le joint périphérique 82 prend appui contre une zone d'étanchéité 85, bordant le canal 84. Cette zone d'étanchéité 85 possède une forme cylindrique dont la section transversale, circulaire dans l'exemple représenté, peut être quelconque. Par ailleurs, l'axe principal du cylindre formant la zone 85 est parallèle au plan principal de la cellule, à savoir qu'il est vertical sur la figure 11. Il convient de remarquer que les deux extrémités 74 et 80 du doigt 70χ lui permettent également d'absorber les variations de longueur de la pile en garantissant l'étanchéité grâce aux deux joints toriques 76, 82. A titre d'alternative, les deux extrémités du doigt de jonction 70 peuvent être réalisées en un matériau autorisant un tel débattement. On citera notamment, de manière non limitative, un matériau élastomère.
Comme le montre la figure 8, le canal 84 débouche, via un raccord 86, dans une première extrémité 88 d'un réseau de distribution d'air, ménagé de façon classique dans la plaque intermédiaire 40 formant collecteur de courant. Ce réseau, dont seules l'entrée et la sortie sont représentées sur les figures 8 et 9, s'étend au voisinage de la structure centrale 36, afin de permettre la mise en œuvre de la réaction de réduction de l'oxygène de l'air, dans le compartiment cathodique de la cellule. Comme représenté sur la figure 9, ce réseau de distribution d'air se termine, dans la plaque intermédiaire 40, par une autre extrémité 90 qui débouche, via un raccord tubulaire 92, dans un canal 94 d'évacuation d'air, ménagé dans l'extrémité inférieure de la plaque de séparation 44. Les parois de ce canal 94 reçoivent un autre doigt de jonction 702, analogue à celui 70χ décrit précédemment. Ce doigt 702 relie le canal 94 à un passage transversal horizontal supplémentaire 682 qui débouche dans le perçage axial 62 de sortie d'air, ménagé dans l'ensemble 7 de distribution de gaz.
En faisant désormais référence à la figure 4, le perçage 64 d'arrivée d'hydrogène est mis en communication avec un passage transversal vertical 69ι qui débouche dans le volume intérieur d'un doigt de jonction 703, analogue à ceux 70χ et 702 décrits précédemment. L'extrémité aval, à savoir supérieure sur la figure 4, de ce doigt 703 débouche dans un canal vertical 96, formé dans la plaque 422, appartenant à la même cellule élémentaire 163 que la plaque 442. Comme le montre la figure 9, ce canal 96 est mis en communication, via un raccord tubulaire 98, avec une extrémité 100 d'un réseau de distribution d'hydrogène analogue, dans son architecture, au réseau de distribution d'air décrit ci-dessus.
Ce réseau d'hydrogène, qui est ménagé dans la plaque intermédiaire 38, s'étend à l'opposé, par rapport à la structure centrale 36, du réseau de distribution d'air, décrit précédemment. Un tel réseau de distribution est destiné à la mise en œuvre de la réaction d'oxydation de l'hydrogène, dans le compartiment anodique de la cellule.
Comme le montre la figure 8, l'autre extrémité 102 de ce réseau de distribution d'hydrogène est mise en communication, via un raccord tubulaire 104, avec un canal 106 d'évacuation d'hydrogène, ménagé dans la plaque de séparation 442 (voir également figure 4). L'extrémité inférieure de ce canal 106 reçoit l'extrémité supérieure d'un doigt de jonction 70 , analogue à ceux décrits précédemment. Ce doigt 704 met ainsi en communication le canal 106 avec un passage vertical 692, ménagée dans l'ensemble de distribution 7 et débouchant alors dans le perçage axial 66, permettant la sortie de l'hydrogène.
A titre de variante, il peut être envisagé d'ajouter des connexions supplémentaires, qui seraient reliées aux ensembles de distribution de fluide 6 et 7. De telles connexions, dédiées par exemple à la circulation d'un fluide de refroidissement, sont susceptibles d'alimenter un circuit qui serait alors intégré dans les plaques de séparation 42 et 44. Un tel circuit de refroidissement se substituerait ainsi au refroidissement par air, garanti par les ailettes 47. La mise en compression des différentes cellules élémentaires de la pile à combustible, décrite en référence aux figures précédentes, s'opère comme suit :
Il convient tout d'abord d'assurer la pression d'assemblage nécessaire. Cette phase est mise en œuvre par l'intermédiaire du vérin 28, qui peut le cas échéant être associé aux vis 34, ou être remplacé par celles-ci.
Puis, on visse, par exemple manuellement, les écrous de maintien 32 contre la plaque de maintien 182, afin de maintenir cette dernière en position plaquée contre le pack de cellules . Ceci contribue également à maintenir constante la compression exercée sur l'ensemble des cellules. Il est en outre à noter que les plaques 18χ et 182 permettent d'uniformiser cette compression. Une fois cette opération réalisée, il est alors possible de relâcher l'action exercée par le vérin 28 et, le cas échéant, par les vis 34. La pile à combustible se trouve ainsi en configuration de fonctionnement normal.
Il est à noter que, en service, la compression exercée sur l'ensemble des cellules assure le contact électrique, et donc le passage du courant, entre les différentes cellules, via les plaques de séparation 44.
Si l'on désire relâcher la pression d'assemblage exercée sur les différentes cellules, on applique tout d'abord, par le vérin 28 et le cas échéant les vis 34, une pression temporaire légèrement supérieure à cette pression d'assemblage. Ceci permet de libérer et de dévisser les écrous de maintien 32. On stoppe alors l'action du vérin 28 et des vis 38. Une fois ces opérations menées à bien, les différentes cellules élémentaires 16 de la pile à combustible ne sont plus soumises à une quelconque pression mécanique. De la sorte, elles ne sont plus solidarisées les unes avec les autres . On conçoit donc qu'il est alors possible de retirer transversalement l'une ou l'autre de ces cellules élémentaires, par exemple en vue de leur maintenance ou de leur remplacement, sans déconstruire le reste du pack de cellules. Dans cette optique, une cellule supplémentaire de substitution peut aisément être disposée, en lieu et place de la cellule qui a été ôtée.
A titre de variante, on peut prévoir de ne pas utiliser de rondelle Belleville ou d'autres éléments rapportés, formant ressort. Dans cette optique, la plaque de maintien 18ι est alors conformée pour obtenir une précontrainte, de sorte qu'elle assure à la fois les fonctions d'uniformisation de la compression et de maintien de cette compression. La figure 13 illustre, selon un aspect de l'invention, un kit de remplacement pour une cellule élémentaire 16 ou groupe 116 de cellules élémentaires.
Ce kit comprend une structure sandwich centrale 36R de remplacement, analogue à celle décrite précédemment. Cette structure centrale 36R est pourvue, de manière connue, d'un joint périphérique plat 37 bordant la membrane et les électrodes. Deux orifices 37' sont ménagés dans ce joint 37, par exemple de manière symétrique par rapport au barycentre de l'ensemble de la structure. De tels orifices sont aptes à recevoir les pions 49, 50 décrits en référence aux figures 6 et 7. La structure sandwich présente une surface variable, typiquement à un format compris entre 12 x 15 cm et un format A4.
Par ailleurs, le kit de remplacement comprend un emballage 36', dans lequel est reçue la structure 36R de manière étanche . Un tel emballage est par exemple réalisé en cellophane ou en polyuréthane . De façon avantageuse, cet emballage renferme un gaz' inerte, tel que l'azote. Le procédé de fabrication du kit de remplacement de la figure 13 comprend tout d'abord une phase d'assemblage de la structure sandwich centrale 36R. Celle-ci est réalisée par pressage à chaud, de façon connue, par exemple à une température comprise entre 80 et 90°C, ainsi qu'à une pression voisine de 20 bars.
Dé façon avantageuse, avant d'emprisonner la structure 36R au moyen de l'emballage 36', on procède à une validation de cette structure centrale en soumettant cette dernière à un courant de conditionnement, dont la valeur est par exemple comprise entre 0,4 et 0,6 A/cm . Une telle mesure permet de garantir et optimiser les performances ultérieures de la structure centrale de remplacement, une fois cette dernière installée dans une cellule élémentaire. Lorsqu'une des cellules 16ι à 16n de la pile à combustible est endommagée au niveau de sa structure centrale, par exemple en cas de déchirure de sa membrane, il est possible de retirer individuellement cette cellule, comme décrit précédemment. Puis, au lieu de remplacer l'ensemble de la cellule, il est possible de procéder uniquement au changement de la structure centrale, les plaques intermédiaires et les plaques de séparation n'étant alors pas mises au rebut. Ceci est tout particulièrement avantageux, puisqu'il est possible de prévoir une réserve sur site d'un certain nombre de kits de remplacement, tels que celui de la figure 13, afin de réaliser d'éventuelles substitutions. On conçoit aisément que de tels kits de remplacement sont d'un encombrement particulièrement restreint . Quoique l'invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais et susceptible d'adaptations et de variantes qui apparaîtront à l'homme du métier dans le cadre des revendications ci-après.

Claims

REVENDICATIONS
1. Pile à combustible, comprenant une succession de cellules élémentaires (16) pressées les unes contre les autres par des moyens de compression (34 ; 38) , chacune de ces cellules comportant une structure centrale (36) formée d'une membrane et de deux électrodes disposées de part et d'autre de cette membrane, et une structure extérieure de séparation (42, 44), de part et d'autre de la structure centrale, les cellules étant pressées avec leurs structures de séparation en contact l'une avec l'autre, de sorte que ces deux cellules adjacentes peuvent être désolidarisées l'une de l'autre en désactivant les moyens de compression (34 ; 38), et des moyens (55, 62, 64, 66) d'amenée et d'évacuation de fluides s 'étendant le long des cellules et connectables individuellement à ces dernières.
2. Pile à combustible selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens d'amenée et d'évacuation comprennent chacun un ensemble de distribution de fluide (6 ; 7) extensible.
3. Pile à combustible selon la revendication 2 caractérisée en ce que les moyens d'amenée et d'évacuation de fluide (6, 7) comprennent au moins deux éléments de distribution de fluide (6χ, 62, 63) , disposés les uns derrière les autres selon le sens d'écoulement de chaque fluide, ces éléments étant reliés mutuellement par au moins un raccord intermédiaire (56) , apte à coulisser par rapport aux éléments de distribution qu'il relie.
4. Pile à combustible selon la revendication 3, caractérisée en ce que le ou chaque ensemble de distribution de fluide (6, 7) est réalisé en une matière isolante électriquement.
5. Pile à combustible selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que le ou chaque ensemble de distribution de fluide (6, 7) est réalisé en une matière moulable.
6. Pile à combustible selon l'une des revendications précédentes caractérisée en ce que chaque cellule (16) est reliée à ces différents moyens d'amenée et d'évacuation (55, 62, 64, 66) par des organes de jonction correspondants (70χ à 704) .
7. Pile à combustible selon la revendication 6, caractérisée en ce que chaque organe de jonction est creux et se trouve en communication avec un passage (68χ, 682, 69χ, 69 ) débouchant dans des moyens d'amenée ou d'évacuation (55, 62, 64, 66) correspondants.
8. Pile à combustible selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7 , caractérisée en ce que chaque organe de jonction (70) débouche dans un canal correspondant (84, 94, 96 , 106), destiné à l'entrée ou à la sortie desdits fluides d'entrée ou de sortie, chaque canal étant ménagé dans la cellule élémentaire (16) .
9. Pile à combustible selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que chaque organe de jonction (70) est monté dans un support (4) de la pile à combustible, avec possibilité de débattement transversal (flèche f) par rapport à ce support, au moins selon la direction longitudinale de la pile.
10. Pile à combustible selon la revendication 9, caractérisée en ce que l'organe de jonction (70) possède un organe (78) de retenue contre la face inférieure de ce support (4) .
11. Pile à combustible selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un organe (82) assurant l'étanchéité entre chaque organe de jonction (70) et un canal correspondant (84, 94, 96, 106) et prenant appui contre une zone d'étanchéité (85), bordant ce canal (84) .
12. Pile à combustible selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens (18χ, 182) d'uniformisation de la compression appliquée aux cellules.
- 13. Pile à combustible selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de mise en compression des cellules comprennent deux plaques d'extrémité (18χ, 182) , une plaque auxiliaire (24), prévue à distance de l'une (182) des plaques d'extrémité, au moins un organe de mise en tension (28), intercalé entre cette plaque auxiliaire et la plaque de maintien (182) qui lui est adjacente, ainsi que des moyens de liaison' (20), permettant de relier la plaque auxiliaire (24) et la plaque de maintien (18χ) qui lui est opposée.
14. Pile à combustible selon la revendication 13, caractérisée en ce que l'organe de mise en tension est hydraulique ou pneumatique, en particulier un vérin (28) .
15. Pile à combustible selon la revendication 13 ou 14, caractérisée en ce que les moyens de liaison comprennent au moins deux barres (20) s ' étendant le long des cellules, chaque barre traversant les deux plaques d'extrémité (18χ, 182) , ainsi que la plaque auxiliaire (24).
16. Pile à combustible selon l'une des revendications
12 à 15, caractérisée en ce qu'il est en outre prévu des moyens (32) de maintien de la compression appliquée aux cellules élémentaires (16) .
17. Pile à combustible selon les revendications 15 et 16, caractérisée en ce que les moyens de maintien de la compression comprennent au moins un écrou disposé sur une barre (20) correspondante, cet écrou étant apte à être disposé contre une plaque de maintien (182) .
18. Cellule élémentaire (16), ou groupe (116) de cellules élémentaires, pour une pile à combustible selon l'une des revendications précédentes, comprenant au moins une structure centrale (36) formée d'une membrane et de deux électrodes, disposées de part et d'autre de cette membrane, ainsi que deux organes de séparation (42, 44 ; 142, 144), prévus aux deux extrémités de la cellule élémentaire (16) ou du groupe de cellules (116) , chaque organe de séparation étant apte à prendre appui contre un autre organe de séparation appartenant à une cellule adjacente.
19. Cellule ou groupe de cellules selon la revendication 18, caractérisé (e) en ce que la cellule ou le groupe de cellules est pourvu (e) de moyens de préhension, en particulier d'une boucle (46) .
20. Cellule ou groupe de cellules selon la revendication 19, caractérisé (e) en ce que les moyens de préhension sont fixés sur les deux organes de séparation
(42, 44) .
21. Cellule ou groupe de cellules selon l'une des revendications 18 à 20, caractérisé (e) en ce qu'il est prévu des moyens (49, 50) de positionnement préalable de la cellule ou du groupe de cellules.
22. Kit de remplacement pour une cellule élémentaire ou un groupe de cellules élémentaires selon l'une des revendications 18 à 21, caractérisé en ce qu'il comprend une structure centrale (36R) , formée d'une membrane et de deux électrodes de part et d'autre de la membrane, ainsi qu'un emballage clos (36') dans lequel est reçue la structure centrale.
23. Kit de remplacement selon la revendication 22, pour une cellule ou un groupe de cellules selon la revendication 21, caractérisé en ce que des orifices (37') sont ménagés dans un joint périphérique (37) de la structure centrale (36) , ces orifices étant aptes à recevoir les moyens de positionnement (49, 50) .
24. Kit de remplacement selon la revendication 22 ou 23, caractérisé en ce que l'emballage contient un gaz neutre.
25. Procédé de fabrication du kit de remplacement selon l'une quelconque des revendications 22 à 24, dans lequel on assemble la structure centrale (36R) par pressage à chaud, puis on rapporte l'emballage (36') autour de cette structure centrale (36) .
26. Procédé de fabrication selon la revendication 25, caractérisé en ce que, avant de rapporter l'emballage, on fait passer un courant de conditionnement dans la structure centrale (36) .
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