FR3028353A1 - Pile a combustible planaire et procede de fabrication d'au moins une partie d'une telle pile - Google Patents

Abstract

Procédé de réalisation d'au moins une partie d'une pile à combustible planaire, à partir d'un film susceptible d'être plié et dans lequel est définie une pluralité de zones fonctionnelles, le procédé comportant des étapes successives de pliage dudit film autour de lignes de pliage définies entre deux zones fonctionnelles adjacentes, et des étapes successives de collage des zones fonctionnelles, réalisées lors de chaque étape de pliage.

Description

L'invention concerne le domaine des piles à combustible e notamment des piles à combustible portables de technologie planaire. On rappelle qu'une pile à combustible permet de produire de l'électricité à partir d'un carburant, d'un comburant et d'un électrolyte par une 5 réaction catalysée. L'électrolyte sépare l'anode et la cathode et nerrn t transfert de l'espèce ionisée. Ainsi, dans le cas d'une pile à combustible (PEP,AFC Proton Exchange Membrane Fuel Cell dans la t rmino ogie anglaise). on injecte de l'oxygène, par exemple sous forme d'air, dans le compartiment cathodique et ici de l'hydrogène dans le compartiment anodique. L'hydrogène H2 va se transformer en ions H+ et libérer des électrons qui sont captés par l'anode. Les ions H+ arrivent alors sur la cathode où ils se combinent aux ions 02- constitués à partir de l'oxygène de l'air, pour former de l'eau. Le transfert des icns H+ et des électrons vers la cathode va produire un courant électrique 15 continu - partir de l'hydrogène. Dans le cadre d'un usage commercial, il est classique d'associer plusieurs piles en série ou en parallèle. Pour faciliter cet assemblage, les cellules sont organisées selon une architecture tubulaire ou une architecture p anaire 20 L'invention s'intéresse à ce dernier type de pile. L'assemblage de ce type de pile combustible est généralement réalisé par collage, soudure, vissage ou rivetage. Ainsi, le document US 2013/0011766 décrit une pile combustible réalisée à partir d'un empilement d'un élément de diffusion d. s 25 gaz, d'un coeur de pile comprenant les couches de diffusion de gaz côtés anode et cathode et le coeur de pile proprement dit (EME ou electrodemembrane-electrode ; MEA ou Membrane Electrode Assembly dans la terminologie anglaise), ainsi que d'un collecteur de courant. Cet empilement de trois éléments planaires est disposé entre 30 une plaque arrière et une plaque avant. La plaque arrière comporte une pluralité de languettes en saillie qui sont susceptibles de s'insérer dans des trous prévus dans les différents éléments constituant l'empilement. Ce dernier peut être maintenu entre la plaque arrière et la plaque avant en soudant les languettes sur la plaque avant. On peut également citer Je document US 8,07 128 qui décrit également une pile à combustible planaire constituée d'un empilement couches dont à tenue mécanique est obtenue par des opérations de collage. Les procédés permettant d'obtenir des piles à combustible de ce type nécessiter, d'utiliser un nombre d'éléments important convient de to souder ou de coller pour assurer le bon fonctionnement de la pile ainsi que tanchéité aux gaz. Ces procédés sont relativement complexes à mettre en oeuvre car les différents éléments doivent être iiidoureusernent positionnés les uns par rapport aux autres. Ils sont également longs à mettre en oeuvre compte 15 tenu des nombreuses étapes à réaliser. L'invention a pour objet de pallier ces inconvénients en proposant un procédé d'obtention d'une pile à combustible planaire dont la mise en oeuvre est simplifiée. Ce procédé peut également être mis en oeuvre pour obtenir seulement une partie de la pile à combustible. 20 Ainsi, invention concerne un procédé de réalisation d'au moins une partie d'une pile à combustible planaire, à partir d'un film susceptible d'être plié et dans lequel est définie une pluralité de zones fonctionnelles, le procédé comprenant des étapes successives de pliage dudit film autour de lignes de pliage définies entre deux zones fonctionnelles 25 adjacentes, et des étapes successives de collage des zones fonctionnelles, réalisées lors de chaque étape de pliage. Selon un premier mode de réalisation, ies étapes successives e pliage sont réalisées par enroulement du film dans deux sens différents, les étapes de collage pouvant être réalisées sur l'une ou l'autre des faces du film.

Selon un deuxième mode de réalisation. les étapes successives de pliage sont réalisées par enroulement du film dans un même sens. toutes les étapes de collage étant réalisées sur une seule face du film. Par ailleurs, es étapes de pliage peuvent être réalisées dans la même direction ou dans des directions différentes. Le procédé comporte une étape supplémentaire consistant à coller sur le film un coeur de pile comprenant au moins une couche conductrice ionique ainsi qu'une anode et une cathode, disposées chacune sur l'une des faces de cette couche conductrice ionique.

De façon préférée, les zones fonctionnelles définies sur le film comprennent au moins un collecteur de courant d'anode, un collecteur de courant de cathode. au moins une zone permettant de définir la chambre de combustible et au moins une zone permettant de définir l'entrée et la sortie du combusti le.

De façon avantageuse, les zones formant un collecteur de courant d'anode ou de cathode sont réalisées en déposant des pistes conductrices électroniques sur une partie du film et en perçant chacune de ces zones pour permettre le passage du comburant et du combustible. De façon préférée, le film est réalisé en polymère dont 20 l'épaisseur est comprise entre 5 et 1000 pm et, de préférence, entre 12 et 100 pm. L'invention concerne également une pile à combustible planaire dont les zones fonctionnelles sont reliées entre elles par des lignes de pliage et par collage. 25 L'invention sera mieux comprise et d'autres buts et avantages et caractéristiques de celle-ci apparaitront plus clairement à la lecture de la description qui suit et qui est faite au regard des dessins annexés sur lesquels: les figures 1 à 8 illustrent différentes étapes d'un premier 30 exemple de mise en oeuvre du procédé, en montrant un film vu de dessus, ,es fi. ures 9 à 12 illustrent les étapes de pliage du procédé selon les figures 1 à 8, en montrant schématiquement le film vu de côté selon sa longueur, les figures 13 à 17 illustrent les différentes étapes d'un deuxième mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le film étant montré vu de dessus et les figures 18 à 24 illustrent les étapes de pliage du procédé selon les figures 13 à 17. en montrant schématiquement le film vu de côté. 10 Les éléments communs aux différentes figures seront illustres par les mêmes références. La figure 1 illustre un film 1 qui est découpé pour présenter une forme allongée. Pour faciliter la compréhension du procédé, sont identifiées 15 sur le film 1. des lignes 10 à 13 qui sont des zones de pliage, autour desquelles les différentes étapes de pliage vont être réalisées. Cependant, les lignes de pliage ne sont pas, en pratique, physiquement définies sur le film 1. Les lignes de pliage permettent de définir plusieurs zones fonctionnelles sur le film, ces zones fonctionnelles étant identifiées par les 20 références 20 à 24. Les zones 20 et 24 se trouvent chacune à une extrémité du film 1, tandis que la zone 21 est définie entre les lignes 10 et 11, la zone 22 entre les lignes il et 12, et la zone 23 entre 12 et 13. Sur l'exemple illustré à la figure 1. toutes les zones fonctionnelles 20 à 24 présentent une forme rectangulaire ayant sensiblement 25 la même surface. Cependant, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation. Par ailleurs, la zone 20 comporte, sur le bord longitudinal 14 du film,une partie en excroissance 200, du côté du bord transversal 15 du film. 30 Les zones 21 à 24 se prolongent, sur le bord longitudinal .6 opposé au bord 14, par une partie 210 à 240.

Enfin, la partie 240 comporte une partie en excroissance 241, au niveau de la ligne de pliage 13. Le film 1 est réalisé en un polymère du type polyimide (par exemple du Kapton), polyéthylène, polystyrène ou polycarbonate. Ce polymère peut être amorphe, cristallin, ou semi-cristallin, thermoplastique ou thermodurcissable. Il peut être réalisé par extrusion ou calandrage et présente une épaisseur comprise entre 5 et 1000 microns, et de préférence comprise entre 12 et 103 microns. 10 Il peut être facilement manipulé pourqu'il soit nécessaire de le fixer préalablement sur un substrat. Par ailleurs, i présente i9 caractéristique d'être pliable, c'est-à-dire de pouvoir être pde avec un rayon de courbure inférieur à 10 fois son épaisseur. 15 Ce film peut être découpé sur ses contours par tout procédé appropee. On peut notamment citer des procédés classiques de découpe mécanique (sciage, fraisage, poinçonnage...), de découpe laser (du type YAG, femtoseconde, CO2, excimer, ou tout autre laser pulsé ou continu permettant la découpe de films) ou de découpe par jet d'eau ou par jet de gaz. 20 Dans le mode de mise en oeuvre du procédé illustre sur les figures 1 à 8, cette étape de découpe constitue la première étape du procédé. Cependant, le film pourrait être découpé dans une étape ultérieure procédé et éventuellement, cette étape pourrait être réalisée en plusieurs fois. En particulier, il est peut-être préférable de garder des parties 25 supplémentaires constituant des moyens de préhension, afin de faciliter les étapes de pliage. Ces parties supplémentaires sont alors retirées ultérieurement par un procédé de découpe. Il est maintenant fait référence aux figures 2 et 3 qui illustrent différentes étapes, permettant de différencier les zones 20 à 24 et de leur 30 attribuer une fonction spécifique.

Ainsi, la figure 2 illustre une étape du procédé dans lequel sont formées des pistes conductrices sur les zones 20 et 21. Les pistes 201 sont réalisées sur la zone 20 correspondant au collecteur de courant danode de la pile qui sera obtenue et les pistes 211 sont réalisées sur la zone 21. correspondant au collecteur de courant de cathode de la pile finale. Ces pistes 201 e, 211 présentent sensiblement la forme de rectangles allongés, s'étendant selon l'axe longitudinal du film 1 et relies entre eux. 10 Sur la partie 200 en protubérance, la piste 201 se prolonge par une piste conductrice 202. De même, sur la partie 210, la piste 211 se prolonge par une piste conductrice 212. Ces pistes conductrices 202 et 212 sont utiles lorsque la pile combustible est formée d'un empilement unités élémentaires telles que 15 celles obtenues par le procédé selon invention. Comme cela sera expliqué ultérieurement, ces deux pistes permettent ainsi d'établir la connexion électrique entre l'anode de la première unité élémentaire et la cathode de la dernière unité élémentaire. Par ailleurs, sur la zone 24 ainsi que sur les parties 240 20 et 241, est réalisée une piste sous forme d'un fil, identifiée sous la référence 242. Comme cela sera expliqué dans la suite de Fa description, cette piste 242 permet de réaliser la reprise de contact finale avec la piste 202 dans le dispositif final. 25 Ces pistes conductrices électroniques peuvent être réalisées par tout procédé approprié. Il peut notamment s'agir de procédés mécaniques du type pressage, laminage et collage d'une feuille métallique ou d'un procédé de dépôt par voie physique ou chimique (PCV. CVD...) d'un film métallique. 30 Ces pistes présentent une largeur comprise entre 10 et 1000 pm, et elle est typiquement égale à 100 mi.

Ces pistes sont constituées d'un métal conducteur du type Cu, Ni, Au. Ag, Ai, Inox, Clin alliage métallique ou préférentiellement, d'une superposition de couches Cu/Ni/Au. Les couches Ni/Au sont déposées par voie chimique ou électrochimique. L'épaisseur de la couche de Cu est comprise entre 2 et 125 pm, les couches de Ni ont une épaisseur comprise entre 10 5000 nm, et les couches d'Au ont une épaisseur comprise entre 10 et 1000 nm. Les couches Ni/Au agissent comme une protection de la couche de Cu. En certaines parties, les pistes conductrices peuvent être protégées de l'humidité par un film polymère protecteur du type solder mask recouvrant partiellement les pistes de Gu/Ni/Au. Il est maintenant fait référence à la figure 3 qui illustre une étape de perçage du film 1, dans les différentes zones 20 à 24. 15 Les opérations de perçage sont, de préférence. réalisées par un procédé de découpe Jaser, du type décrit précédemment. Ces perçages sont réalisés dans les zones 20 et 21 de façon à retirer le film dans les espaces 203 et 213 délimités par les pistes conductrices 201 et 211. 20 Comme cela sera indiqué dans la suite de la description, ces zones évidées permettront le passage du comburant et du combustible et seront situées en vis-à-vis des zones actives de la pile. Sont également réalisés des perçages dans les parties 230 et 240 prolongeant les zones 23 et 24. Les perçages 231 et 243 permettent, 25 dans la pile qui sera obtenue, d'assurer l'entrée et la sortie du combustible. H pourra notamment s'agir d'un gaz tel que H2 ou CH4 ou encore d'un liquide, tel que du méthanol, de l'éthanol ou du glucose De préférence, ce liquide est de l'hydrogène H2). Ces perçages se présentent de préférence sous la forme de 30 trous circulaires dont le diamètre est inférieur à 2 mm.

Les perçages 231 permettent la diffusion du combustible vers les anodes des piles à combustible. Dans la zone 22, sont réalisés d'autres perçages. li s'agit d'ici d'une pluralité de trous répartis sur l'ensemble de la zone 22. Ces trous 221, sont destinés à permettre la diffusicn du combustible. De préférence, ces trous 221 sont circulaires et présentent un diamètre inférieur à 1 mm. Les trous 221 occupent moins de 5% de la surface totale de la zone 22. Dans la zone 23. sont réalisés d'autres perçages. Il s'agit d'ici d'un trou continu ayant la forme d'un serpentin 232 (ou autre) réparti sur o l'ensemble de la zone 23. Ce serpentin est destiné à permettre la diffusion du combustible. De préférence, il a une largeur correspondant au diamètre Ces trous 221. Le procédé n'est pas limité à cette forme de mise en oeuvre. En particulier, les étapes illustrées aux figures 2 et 3 pourraient être 15 inversées. Les différentes zones obtenues à l'issue des étapes de réalisation des pistes conductrices et de perçage sont schématiquement illustrées sur la figure 9. Il convient de noter que la figure 9 ne représente pas de façon 20 exacte le film 1. En pratique, les différentes zones sont reliées entre elles par les lignes de pliage. Cependant. la figure 9, comma les figures 10 à 12, ont simplement pour objet de faciliter la compréhension des étapes de pliage et d'expliciter le positionnement relatif des différentes zones à [issue de chacune de ces étapes de plage. 25 Il est maintenant fait référence à la figure 4 qui illustre une première étape de pliage et de collage. Cette étape de pliage consiste à plier la zone 24 autour de la ligne 13 pour la placer sur la face inférieure du film, c'est-à-dire sur la face opposée à la face supérieure illustrée sur des figures 1 à 8. La face 30 supérieure du film est identifiée par la référence 100 et sa face inférieure par la référence 101.

Les flèches indiquées sur les figures 3 et 9 montrent le sens du pliage. La position respective des zones 23 et 24 après cette étape de pliage est illustrée sur la figure 10.

Ce pliage est réalisé par intermédiaire d'une peuse, Les zones 23 et 24 sont également fixées ensemble lors d'une première étape de collage. Ce collage est obtenu par le dépôt de colle ou d'adhésif sur au moins l'une des zones 23 et 24 puis par le pressage de ces deux parties. io Le dépôt de colle s'effectue avant l'étape de pliage. L'adhésif peut être appliqué sur tout ou une parie de la surface de chacune de ces zones. Une étape de recuit (thermique, UV, IR) de la colle peut être réalisée. La colle utilisée doit être électriquement isolante et peut par 15 exemple être de type polyuréthane, epoxy, cyanoacrylate, néoprène, acrylique. En parallèle, un coeur de pile à combustible est réalisé. Il comprend une ou plusieurs mono-piles sur une même surface de membrane conductrice ionique. 20 Ce coeur de pile est constitué d'une membrane conductrice ionique du type Nation, sur les surfaces de laquelle sont déposées des électrodes. Ces électrodes contiennent un catalyseur (préférentiellement de type CiPt), et potentiellement un collecteur de courant et une couche de diffusion des gaz. Ce coeur de pile est appelé EME (électrode-membrane- 25 électrode). La figure 5 illustre tout d'abord l'étape de collage du coeur de pile 6 sur la zone 21. Cette étape est également illustrée sur la figure 10 qui montre que le coeur de pile 6 est collé sur la face supérieure 100 du film. Cette étape de collage est de préférence réalisée au moyen 30 d'une colle favorisant le contact électrique entre les pistes conductrices situées sur les zones 20 et 21 du film 1 et les collecteurs de courant situés sur le coeur de pile 6. En pratique, cette colle sera déposée sur les pistes conductrices qui seront en regard du coeur de pile 6. ii peut donc notamment s agir d'une colle conductrice l'électricité.

En parallèle, une colle isolante choisie parmi celles indiquées ci-dessus est appliquée pour favoriser la tenue mécanique de l'ensemble. Cette colle isolante peut être appliquée sur tout ou une partie de la surface du film 1 Les colles isolantes et conductrices peuvent être déposées 10 sur l'EME ou sur le film 1. La figure 6 illustre une autre étape de pliage et de collage. Comme indiqué par les flèches illustrées sur la figure 5 et sur figure 10, les zones 24 et 23 sont pliées sur la face supérieure 100, de sorte que la zone 23 est adjacente à la zone 22. Par ailleurs, la zone 20 est repliée 15 sur le coeur de pile 6. Le collage de la zone 23 sur la zone 22 s'effectue comme cela a été décrit en référence à la figure 4. Par ailleurs, le collage de la zone 20 sur le coeur de pile 6 s'effectue comme décrit au regard de la figure 5. 20 Le film alors obtenu est illustré, vu de dessus, sur la figure 6 vu de côté, sur la figure 11. Il est maintenant fait référence aux figures 7 et 12 qui illustrent la dernière étape de pliage du procédé selon l'invention, associée à une étape de collage. 25 Lors de cette étape de pliage, l'empilement constitué par les couches 22 à 24 est plié le long de la ligne de pliage 13 selon !es flèches indiquées sur les figures 6 et 11, de telle sorte que ia zone 22 vient en contact avec la zone 21. L'empilement obtenu est !Lustré. vu de dessus, sur la 30 figure 7A, vu de dessous, sur la figure 7B et schématiquement vu de côté sur la figure 12.

Cette étape permet de réaliser le collage de la partie de la pile comportant le coeur de pile 6 sur la chambre à combustible formé par les zones 22 à 24. Par ailleurs le collage est réalise comme cela a été décrit en 5 référence à la figure 4. La figure 8 illustre la dernière étape du procédé au cours de laquelle est réalisé le collage de la partie 241 de la zone 24 sur la partie 210 de la zone 21 et le collage de la partie 200 sur la zone 20. La figure 8 illustre la pile à l'issue du procédé selon l'invention. lu Les orifices d'entrée-sortie 243 du combustible apparaissent sur la vue de dessous (figure 8B), tandis que les points d'entrée et sortie 214, 244 du courant généré par la pile apparaissent sur la vue de dessus (figure 8A). On peut noter que le procédé qui vient d'être décrit en référence aux figures 1 à 12 met en oeuvre des étapes de collage qui sont 15 réalisées à la fois sur la face supérieure et sur la face inférieure du film 1. Par ailleurs, sur le film 1. ont été définies cinq zones différentes : les zones 20 et 21 comportant les pistes conductrices et !es zones 22 à 24 permettant la réalisation de la chambre de combustible. Cependant, l'invention n'est pas limitée à ce mode de mise en 20 oeuvre et la chambre de combustible pourrait être réalisée à partir d'un nombre quelconque de zones, compris entre deux et six. De même, le collage pourrait être réalisé sur une seule face du film, comme cela sera décrit en référence aux figures 13 è. 24. Par ailleurs, on peut envisager d'intégrer une zone 25 supplémentaire, au-dessus des zones 20 et 21 comportant les pistes conductrices, de façon à protéger les piles à combustible pour favoriser les échanges thermiques ou fluidiques, grâce à l'intégration d'une couche de diffusion des gaz. On notera également que toutes les étapes de pliage décrites 30 précédemment ont été réalisées le long de lignes de pliage perpendiculaires à l'axe longitudinal dans lequel le film 1 s'étend. Cependant, l'invention n'est pas limitée à ce mode de mise en oeuvre et les pliages pourraient être réalisés selon des lignes de pliage parallèles à l'axe longitudinal du film ou encore à la fois selon des lignes de pliage perpendiculaires à cet axe longitudinal et des lignes parallèles à cet axe longitudinal. Par ailleurs, dans la description qui précède, les pistes conductrices 201 et 211 sont réalisées sur la même face du film 1, à savoir la face supérieure 100 Cependant, l'invention n'est pas limitée à ce mode de mise en oeuvre. Ainsi, ces pistes conductrices peuvent être traversantes et réalisées sur les deux faces du film 1, en appliquant des techniques 10 classiques de réalisation de cartes à circuit imprimé. A titre d'exemple, des via traversants peuvent être réalisés par une technique de perçage mécanique ou par laser, puis remplis d'une colle conductrice ou encore de cuivre par une technique de dépôt chimique. On peut également prévoir d'intégrer des rivets conducteurs. Par ailleurs, les colles isolantes peuvent être déposées par toute technique de dépôt de colle, notamment par sérigraphie, par dispense ou par spray. Plusieurs de ces techniques peuvent être combinées. De même, plusieurs colles peuvent différentes peuvent être mélangées. De façon préférée, le polymère constituant le film 1 présente la caractéristique d'être thermoplastique afin de pouvoir être soudé sur lui-même, par exemple par une soudure à chaud ou une soudure par ultrasons. Les polymères thermoplastiques convenant pour cette application peuvent notamment être le polycarbonate, le polyéthylène, le polychlorure de vinyle (PVC), le polypropylène ou des acryliques. Par ailleurs, les colles conductrices électriques peuvent être déposées par toute technique appropriée et notamment par sérigraphie, dispense, ou spray. Ces colles peuvent être de type polyuréthane, epoxy, cyanoacrylate. néoprène, acrylique, et contenant un agent conducteur du type 30 Ag, Au, Ni ou Carbone (graphène, nanotubes de carbone). Cet agent conducteur doit présenter plus de 50 % en masse de la colle pour que celle-ci soit conductrice. A titre de variante, des pistes conductrices et des perçages supplémentaires peuvent être prévus dans le film 1, notamment au niveau de la zone 23. Ces pistes supplémentaires peuvent constituer le circuit électronique de contrôle de la pile à combustible Far ailleurs, dans ces perçages supplémentaires. peuvent être insérés des capteurs, notamment des capteurs de température, de pression ou d'humidité, ou encore des vannes de purge. 10 Un deuxième mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention va maintenant être décrit, en référence aux figures 13 à 24. La figure 13 illustre un film 3 qui a été découpé pour présenter une forme allongée. Comme précédemment, sont identifiées sur la figure 13 des lianes de pliage successives 3e à 3f qui permettent de définir sept zones 15 fonctionnelles sur le film, référencées 40 à 46. Le film 3 peut être constitué dans les matériaux décrits précédemment et peut être découpé par les procédés également décrits précédemment. Ce film est par ailleurs toujours conçu pour être facilement manipulé et pour présenter la caractéristique d'être pliable. 20 Sur le film 3, illustré à la figure 13, ont déjà été réalisées les étapes du procédé consistant à former des pistes conductrices 401 et 411 sur les zones 40 et 41. La zone 40 s'étend entre le bord transversal 31 et la ligne 3a, tandis que la zone 41 s'étend entre les lignes de pliage 3a et 3b. La piste 401 se prolonge, sur la partie 400 en excroissance, 25 du côté du bord longitudinal 30, par une piste 402. De même, la piste 411 se prolonge, sur la partie en excroissance 410, du côté du bord longitudinal 32, par une piste 412. Deux pistes conductrices 422 et 423 sont réalisées sur la zone 42, cette zone s'étendant entre les lignes de pliage 3b et 3c. La 30 piste 423 est formée sur la partie 420, prolongeant la zone 42 et s'étend selon l'axe longitudinal du film 3. La piste 422 s'étend transversalement par rapport à l'axe longitudinal du film 3. sur la partie 420 la zone 42 ainsi que la partie 421 en excroissance par rapport au bord longitudinal 30 du film 3. Des étapes de perçage sont réalisées dans les zones 40 et 41 pour retirer le film dans les espaces 403 et 413 délimités par les pistes conductrices 401 et 411. Des perçages 423 sont également réalisés dans la zone Ils présentent les mêmes caractéristiques que les trous 221. La zone 43, délimitée par les lignes de pliage 3c et 3d, est largement évidée pour former une zone ouverte 430 Cette zone ouverte 430 o représente au moins 70% de la surface totale de la zone 43. Des perçages 441 et 461 sont aussi réalisés dans les parties 440 et 460 prolongeant les zones 44 et 46 du côté du bord longitudinal 32 du film 3. La zone 44 est définie entre les zones de pliage 3q et 3e, tandis que la zone 46 est définie entre la liane de pliage 3f et le bor 15 transversal 33 du film 3. Par ailleurs, dans la zone 44, est réalisé un trou continu ayant la forme d'un serpentin 442. Enfin, des évidements 450 sont réalisés dans la région 45 définie entre les lignes de pliage 3e et 3f. Ces évidements 450 se présentent 20 sous la forme de rectangles aliongés s'étendant selon l'axa longitudinal du film 3. Ces différentes étapes sont mises en oeuvre en utilisant les procédés qui ont été décrits précédemment au regard des figures 2 et 3. Elles permettent de différencier et de fonctionnaliser les 25 différentes zones du film 3. Ainsi, la zone 40 correspond au collecteur de courant d'anode, tandis que la zone 41 correspond au collecteur de courant de cathode. Les zones 42 et 44 sont destinées à la diffusion du combustible. La zone 45 est une zone de diffusion des gaz, tandis que la zone 46 permet d'assurer l'entrée et la sortie du combustible. La zone 43 permet de faire le 30 collage en faisant demi-tour mais n'a pas de fonction spécifique dans le système final.

Par ailleurs, un coeur de pile 5 est réalisé. Il est semblable au coeur 3 décrit précédemment et ne sera pas décrit de nouveau en ciétail. Une fois le film 3 fonctionnalisé. une colle isolante appliquée sur toutes les parties constituant le film 3. Cette colle isolante peut être appliquée par une technique de sérigraphie, par spray ou par dispense. Par ailleurs, une colle conductrice de l'électricité est déposée sur toutes les parties du film 3 devant participer à la conduction des électrons. On peut utiliser les exemples de colles mentionnées précédemment. es autres étapes du procédé selon [invention .ont alors mises en oeuvre d la façon suivante. Comme illustre a la figure 14, le coeur de pile 5 est tout d'abord collé sur la zone 40 correspondant au collecteur de courant d'anode. Cette étape correspond é celle illustrée sur la figure 5. 15 Il est maintenant fait référence à la figure 18 qui illustre le film 3, vu de côté. Cette figure confirme que le coeur de pile 5 est collé sur la face supérieure 300 du film 3, face illustrée sur la figure 14. La figure 15 et la figure 19 illustrent l'étape suivante, au cours de laquelle [ensemble constitué par la zone 40 et le coeur de pile 5 est plié 20 autour de la ligne de pliage 3a, selon les flèches indiquées sur les figures 14 et 18. Ainsi, le coeur de pile est collé sur la zone 41 correspondant au collecteur de courant d'anode. C'est donc la face inférieure du film 3 qui apparaît sur la face supérieure du film, au niveau de la région 40. 25 Les figures 16 et 20 illustrent l'étape suivante au cours de laquelle l'ensemble constitué par les zones 40 et 41 et le coeur de pile 5 est plié autour de la ligne de pliage 3b, selon les flèches indiquées sur les figures 15 et 19. Ainsi, la zone 40 vient en contact avec la zone 42, la face 30 inférieure du film 3 apparaissant sur sa face supérieure,au niveau de la zone 41. Ce collage entre les zones 40 et 42 est réalisé au moyen d'une colle isolante électriquement. Les autres étapes de pliage et de collage sont illustrées sur les figures 21 à 24. Elles suivent les flèches successives montrées sur la figure 16. Ainsi, la figure 21 montre que l'ensemble constitué par les zones 4 à 42 et le coeur de pile 5 est plié selon la flèche illustrée à la figure 20 sur la zone 43 qui comporte une large zone ouverte 430. Le collage de cet ensemble sur la zone 43 est également réalisé. in Cette zone 43 peut servir de cale pour le collage et constitue une partie de la chambre de diffusion des gaz qui sera réalisée. Comme le montre la figure 22, l'ensemble constitué par les zones 40 à 43 et le coeur de pi-e 5 est ensuite plié autour de la ligne de pliage 3d pour être collé sur la zone 44, à l'aide d'une colle isolante 15 électriquement. L'ensemble constitué par les couches 40 à 44 et le coeur 5 est ensuite plié autour de la ligne de pliage 3e et selon la flèche illustrée sur la figure 22, de telle sorte que la zone 43 est collée sur la zone 45 de diffusion des gaz. Le collage est également réalisé au moyen d'une colle isolante 20 électriquement. Enfin, la figure 24 illustre la dernière étape de pliage qui s'effectue autour de la ligne de pliage 3f et selon la flèche illustrée sur la figure 23. La zone 43 est alors coUée sur la zone 46 permettant l'entrée 25 et la sortie du combustible. L'ensemble obtenu est illustré sur la figure 24. La figure 17 illustre la dernière étape du procédé au cours de laquelle est réalisé le collage de la zone 421 sur la zone 46. Cette figure .17 illustre la pile a l'issue du procédé selon 30 l'invention. Les orifices d'entrée/sortie 461 du combustible apparaissent sur la vue de dessous (figure 17B), tandis que les points d'entrée/sortie 424 et 425 du courant généré par la pile apparaissent sur la vue de dessus (figure 17A). De façon générale, le combustible arrive par l'entrée du combustible et diffuse latéralement dans le serpentin 442. Lorsque la sortie du combustible est fermée, notamment par une vanne, le combustible est contraint de diffuser à travers les zones de diffusion du combustible et il se dirige ensuite dans les zones en vis-à-vis des zones actives pour alimenter en combustible ces zones actives, entourant le coeur de pile. Ainsi, e procédé qui vient d'être décrit en référence aux ic figures 13 à 24 met en oeuvre des étapes de collage qui sont toutes réalisées sur la même face du film 3. ici sa face supérieure 300. De ce fait, il faut tenir compte des rayons de courbure [ors de chaque pliage. A chaque étape de pliage, ce rayon de courbure est fonction de l'épaisseur de film 3 et du nombre d' tapes de pliage effectuées 15 auparavant. Ainsi, on peut prévoir que chaque zone du film 3 est distante d'une zone adjacente d'une distance L permettant d'assurer le pliage et le collage, cette distance pouvant varier selon le positionnement de la zone sur le film 3. Dans les deux procédés qui viennent d'être décrits, 2.0 l'ensemble des étapes de pliage et de collage peut concerner la chambre de combustib[e, les collecteurs de courant et les couches de diffusion des espèces gazeuses, ou seulement une partie de la pile. On notera que toutes les étapes de pliage décrites en référence aux figures 13 à 24 ont été réalisées selon l'axe longitudinal du 25 film 3 et plus précisément le long de lignes de pliage perpendiculaires à cet axe longitudinal. Cependant, l'invention n'est pas limitée à ce mode de mise en oeuvre et les pliages pourraient être réalisés selon des lignes de pliage parallèles à l'axe longitudinal du film ou encore à la fois selon des lignes de pliage perpendiculaires à cet axe longitudinal et des lignes parallèles à cet 30 axe longitudinal.

Dans les deux modes de réalisation qui ont été décrits film 1 peut être formé d'un seul polymère ou d'une combinaison de polymères, formant chacun au moins une des zones fonctionnelles du film. Dans ce cas, les bords de ces zones peuvent être assemblés par tout moyen approprié et notamment par thermoformage ou soudage bord à bord. Par ailleurs, une des zones peut être réalisée à partir d'un polymère conducteur ionique (du type Nafione) et former la membrane du coeur de pile 5. Dans ce cas. la réalisation des électrodes peut se faire avant toutes les ét pes de pliage ou après certaines étapes de pliage.

10 Le film peut comporter une base poreuse, éventuel ment remplie d'au moins un autre élément, cet élément pouvant être différent selon les zones du film, en fonction des propriétés de ces zones. A titre d'exemple du Nafion(.5) sous forme liquide peut être ajouté à la zone poreuse servant ensuite de coeur de pile ou sur l'une des zones 40 ou 41, pour conduire les 15 protons. On peut encore noter que dans les deux modes de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, les étapes de perçage du film en polymère et de réalisation des collecteurs peuvent être réalisées après certaines étapes de collage.

20 Enfin, la fixation des différentes zones fonctionnelles du film en polymère peut être réalisée par d'autres moyens que de la colle. Ainsi, les colles conductrices peuvent être remplacées par une soudure, des films adhésifs, une liaison avec fils (wire bonding), par rivetage, par des agrafes, des pâtes conductrices, des films ou des pâtes 25 conducteurs anisotropiques ou par tout autre moyen permettant une mise en connexion électrique. Les colles isolantes peuvent être remplacées par tout autre moyen permettant une mise en contact isolant. On peut notamment citer des films adhésifs, de la soudure (par exemple la thermosoudure, la soudure 30 ultrason ou la soudure par laser ou par impulsions par un joint (dont l'adhérence serait réalisée grâce aux rivets ou tout autre moyen cité. précédemment) ou encore des rivets. Par ailleurs, les collages conducteurs peuvent être supprimés si les collages isolants suffisent à exercer une pression suffisante pour que les pistes conductrices prévues sur le film 1 ou 3 soient en contact avec les parties conductrices du coeur de pile 5 ou 6. Enfin, plusieurs moyens de collage isolants et conducteurs peuvent être utilisés dans le même assemblage. Comme indiqué précédemment. les deux procédés oui ont été in décrits permettent en pratique d'obtenir une unité élémentaire d'une pile. Ainsi, une pile est généralement constituée di n empilement d'unités élémentaires, celles-ci étant reliées entre elles. Tous les procédés selon l'invention sont donc basés sur des ezI)es de pliage et de collage qui sont une mise cri oeuvre très simple, 15 notamment puisque seul le coeur de pile nécessite d'être positionné par rapport aux autres éléments. Les signes de référence insérés après les caractéristiques techniques figurant dans les revendications ont pour seul but de facter la compréhension de ces dernières et ne sauraient en limiter la portée. 20

Claims (11)

1. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'au moins une parte d'une piie a combustible planaire, à partir d'un film (1. 3) susceptible d'être plié et dans lequel est définie une pluralité de zones fonctionnelles (20 à 24 ; 40 à 46). le procédé comportant des étapes successives de pliage dudit film autour de lignes de pliage (10 à 13 ; 3a à 3f) définies entre deux zones fonctionnelles adjacentes, et des étapes successives de collage des zones fonctionnelles, réalisées lors de chaque étape de pliage.
2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les étapes successives de pliage sont réalisées par enroulement du film (1) dans deux 10 sens différents, les étapes de collage étant réalisées sur l'une ou l'autre des -aces (100, 101) du film.
3. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les étapes successives de phage sont réalisées par enroulement du film (3) dans un même sens, toutes les étapes de collage étant réalisées sur une seule 15 face (300) du film.
4. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les étapes de pliage sont réalisées dans la même direction.
5. 5. Procédé selon l'une des revendications I a 3, dans lequel les étapes de pliage sont réalisées dans des directions différentes. 20
6. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 a 5 comportant une étape supplémentaire consistant à coller, sur le film (1, 3), un coeur de pile (5, 6) comprenant au moins une couche conductrice ionique ainsi qu'une anode et une cathode, disposées chacune sur l'une des faces de cette couche conductrice, 25
7. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les zones fonctionnelles définies sur le film (1. 3) comprennent au moins un collecteur de courant d'anode (20 40), un collecteur de courant de cathode (21 41), au moins une zone (22, 23 ; 43, 44, 45) permettant dedéfinir la chambre de combustible et au moins une zone (24, 46) permettant de définir l'entrée et la sortie du combustible.
8. 8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel les zones formant un collecteur de courant d'anode ou de cathode sont réalisées en déposant des - istes conductrices (201, 211 401, 411) sur une partie du film (1 3) et en perçant chacune de ces zones pour permettre le passage du comburant et du combustible.
9. 9. Procédé selon lune des revendications 1 à 8, dans lequel le film est réalisé en polymère dont l'épaisseur est comprise entre in et 1000 pm et de préférence, entre î2et 100 pm.
10. 10. Procédé selon Fa revendication 9, dans lequel le film est réalisé en un polymère thermoplastique.
11. 11. Pile à combustible planaire comprenant une pluralité zones fonctionnelles reliées entre elles par des lignes de pliage e- par collage. 15