PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE UNA PILA DE COMBUSTIBLE CON COLECTORES DE CORRIENTE INTEGRADOS EN EL ELECTROLITO SÓLIDO.

Procedimiento de fabricación de una pila de combustible con colectores de corriente integrados en el electrolito sólido. Campo técnico de la invención La invención se refiere a una pila de combustible y más en particular una micropila de combustible que comprende al menos: - dos colectores de corriente, respectivamente anódica y catódica y comprendiendo cada uno al menos un paso transversal atravesando dicho colector de corriente correspondiente, de una primera superficie a una segunda superficie, - un elemento separador aislante eléctricamente dispuesto entre los colectores de corriente anódica y catódica y que comprende primera y segunda cara opuestas, respectivamente en contacto con las primeras superficies de los colectores de corriente anódica y catódica y una pluralidad de canales transversales, atravesando de la primera cara a la segunda cara, - un electrolito sólido conductor iónico, en contacto con los dos colectores de corriente y ocupando el volumen delimitado por los canales del elemento separador y por los pasos de los colectores de corriente. La invención se refiere igualmente a un procedimiento de fabricación de tal pila de combustible. Estado de la técnica Para reducir el tamaño de las pilas de combustible de electrolito sólido, conductor iónico mientras se conserva la eficacia de los colectores de corriente, se ha propuesto formar los colectores de corriente directamente sobre las caras de una membrana electrolítica. El documento EP-A-1562243 propone, por ejemplo, un procedimiento que permite transferir los colectores de corriente sobre una membrana electrolítica. Así, un colector de corriente se realiza por depósito de metal galvánico en un molido dotado de aberturas transversales de manera que el depósito se desborda por las aberturas por un rodete. Por tanto, se transfiere sobre una membrana electrolítica pegada a una placa de soporte. La transferencia se realiza entonces presionando uno contra el otro el conjunto que contiene el colector y el conjunto que contiene la membrana. La presión ejercida permite incrustar al menos una parte del rodete del colector en la membrana. Por tanto, los dos conjuntos se separan a continuación para que el colector de corriente se suelte de su conjunto y quede fijo a la membrana. La placa soporte se separa entonces de la membrana. En una variante, la transferencia se puede realizar igualmente aplicando una cola de pegado diferido sobre el rodete del colector, antes de unir los dos conjuntos que contienen respectivamente el colector y la membrana y haciendo que pegue la cola antes de separar los dos conjuntos. Está demostrado que tal procedimiento de realización es complejo y se puede practicar una aplicación. Se requiere realizar por separado la membrana y los colectores de corriente, antes de que no se unan y los dos colectores de corriente son transferidos sucesivamente sobre la membrana. Además, con una membrana de espesor reducido, se puede producir un cortocircuito durante la colocación de los electrodos sobre el conjunto que comprenden los colectores de corriente y dicha membrana. Para reducir el tamaño de las pilas de combustible, la solicitud de patente de EE.UU. 2005/0250004 propone una membrana intercambiadora de iones que comprende, además del material conductor iónico, un elemento no conductor formado por un sustrato. El sustrato está provisto de una o varias aberturas atravesándolo y el material conductor iónico rellena dichas aberturas. Dos colectores de corriente se pueden disponer respectivamente sobre las dos caras opuestas del sustrato. Los colectores de corriente comprenden cada uno un paso transversal que se puede rellenar igualmente de material conductor iónico. Tal sustrato aporta una cierta resistencia mecánica a la membrana de intercambio de iones, lo que permite reducir su espesor con respecto a las membranas normales. Está formada, por ejemplo, por un circuito impreso, una película de polímero tal como poliamida, poliimida, polietileno o Teflon®, por un material compuesto reforzado por ejemplo por fibras de vidrio. En otras aplicaciones, el sustrato puede ser de material flexible. La utilización de tal sustrato no es, sin embargo, siempre satisfactoria para hacer ciertas pilas de combustible fiables, especialmente en el caso de las pilas fabricadas realizando previamente los colectores de corriente, por ejemplo en forma de reja o peine y ensamblando los colectores de corriente sobre dicha membrana electrolítica sólida. 2   Objeto de la invención La invención tiene por objeto una pila de combustible y su procedimiento de fabricación remediando los inconvenientes de la técnica anterior. Según la invención, este objeto se consigue por las reivindicaciones adjuntas. Descripción somera de los dibujos Otras ventajas y características surgirán más evidentemente de la descripción que sigue de los modos particulares de realización de la invención proporcionados como ejemplos no limitantes y representados en los dibujos adjuntos, en los que: Las figuras 1 y 2 representan respectivamente en vista desde arriba y en sección ampliada según A-A un colector de corriente en forma de una reja. La figura 3 ilustra en vista desde arriba un colector de corriente en forma de peine. La figura 4 representa en corte un elemento separador en forma de reja. Las figuras 5 a 9 representan, en corte, diferentes etapas de un modo particular de realización de una pila de combustible según la invención, que comprende dos colectores de corriente según la figura 1 y un elemento separador según la figura 4. Descripción de modos particulares de realización Una pila de combustible y más en particular una micropila de combustible comprende al menos dos colectores de corriente, respectivamente anódica y catódica, integrados en un electrolito sólido. La integración de los colectores de corriente en el electrolito sólido está facilitada por la presencia de un elemento separador aislante eléctricamente y de suspensión de espesor. Los colectores de corriente comprenden cada uno primera y segunda superficie, preferentemente opuestas. Cada colector comprende igualmente al menos un paso transversal y preferentemente una pluralidad de pasos transversales, atravesando dicho colector de corriente de la primera superficie a la segunda superficie. Así, al menos uno de los colectores de corriente puede estar en forma de reja, peine, capa delgada de material tejido o de material poroso. A menudo, los dos colectores de corriente tienen la misma forma. Pueden ser de metal, por ejemplo de oro o de níquel, de grafito o de un material polímero eléctricamente conductor. Como ejemplo, las figuras 1 y 2 representan un colector de corriente 1 en forma de reja y, en la figura 3, el colector de corriente está en forma de un peine. El colector de corriente 1, en forma de reja o peine, comprende por tanto primera y segunda superficies opuestas 1a y 1b así como pasos transversales 1c atravesando la primera superficie 1a y la segunda superficie 1b. En la figura 1, el colector de corriente 1 comprende, por ejemplo, 72 pasos transversales. El elemento separador comprende primera y segunda cara opuestas, respectivamente destinadas a ponerse en contacto con las primeras superficies de los colectores de corriente anódica y catódica. Comprende una pluralidad de canales transversales, atravesando de la primera cara a la segunda cara. El elemento separador puede ser, por ejemplo, en forma de película perforada, reja, capa delgada de material tejido o de material poroso. Además, el elemento separador está formado por un material polimérico termoplástico y, preferentemente, por una resina fluorocarbonada. Entre las resinas fluorocarbonadas, se pueden citar las resinas elegidas entre un copolímero modificado de etileno y tetrafluorometileno (ETFE), poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF), un copolímero de poli(fluoruro de vinilideno) (PVDF) y hexafluoruro de propileno. Como ejemplo, la figura 4 representa, en corte, un elemento separador 2 apto para ser utilizado en tal pila de combustible. Está en forma de reja, con primera y segunda cara opuestas 2a y 2b y una pluralidad de canales transversales 2c atravesando de la primera cara 2a a la segunda cara 2b. Las partículas duras, aislantes eléctricamente, están destinadas a estar dispuestas en ciertos pasos transversales de dicho elemento separador, de manera que se forman, después de ensamblado, suspensiones de espesor. Las partículas duras se eligen, por ejemplo, entre partículas cerámicas, de vidrio o de polímero. El electrolito sólido está formado por un material conductor iónico, es decir conductor aniónico o catiónico y ocupa en la pila de combustible, el volumen delimitado por los canales del elemento separador y por los pasos de los colectores de corriente. El material que forma el electrolito sólido es, por ejemplo, un polímero perfluorado tal como 3   nafion®.... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de fabricación de una pila de combustible caracterizado porque comprende sucesivamente las siguientes etapas: - introducción de suspensiones de espesor formadas por las partículas duras (3), aislantes eléctricamente en los canales transversales de un elemento separador (2) aislante eléctricamente y formado por un material polimérico termoplástico, atravesando dichos canales transversales el elemento separador de una primera cara (2a) de dicho elemento separador a una segunda cara opuesta (2b) de dicho elemento separador, - ensamblaje por presión de dos colectores de corriente, respectivamente anódica (5) y catódica (4) y comprendiendo cada uno al menos un paso transversal (4c, 5c) que atraviesa dicho colector de corriente correspondiente, de una primera superficie (4a, 5a) a una segunda superficie (4b, 5b), con aplicación de primeras superficies (4a) de los dos colectores de corriente respectivamente sobre las caras primera y segunda (2a, 2b) del elemento separador (2) y deformación del elemento separador (2) durante la presión, para incrustar y fijar los colectores de corriente (4, 5) en dicho elemento separador (2), - y llenado de los canales (2c) y los pasos (4c, 5c) mediante un electrolito sólido (6) conductor iónico, para que dicho electrolito sólido (6) ocupe el volumen delimitado por los canales (2c) del elemento separador (2) y por los pasos (4c, 5c) de los colectores de corriente (4, 5) y esté en contacto con los dos colectores de corriente (4, 5). 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de ensamblaje de los colectores de corriente (4, 5) sobre las caras primera y segunda (2a, 2b) del elemento separador (2) se realiza por laminado en caliente. 3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la etapa de llenado de los canales (2c) y los pasos (4c, 5c) mediante el electrolito sólido (6) se realiza por impregnación del elemento separador (2) provisto de los colectores de corriente anódica (5) y catódica (4) por un material precursor del electrolito sólido (6) y por reticulación del material precursor para obtener el electrolito sólido (6). 4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la etapa de llenado de los canales (2c) y los pasos (4c, 5c) mediante el electrolito sólido (6) se realiza por inmersión del elemento separador (2) provisto de los colectores de corriente anódica (5) y catódica (4) en una disolución que contiene al menos un disolvente y el electrolito y por evaporación del disolvente. 5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la etapa de llenado de los canales (2c) y los pasos (4c, 5c) comprende una etapa de planarización que permite liberar las segundas superficies de los colectores de corriente. 6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la etapa de llenado de los canales (2c) y los pasos (4c, 5c) va seguido por ensamblado de un ánodo (8) y un cátodo (7) en la segunda superficie (4b, 5b) del correspondiente colector (4, 5) de corriente. 7. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el material polimérico termoplástico del elemento separador está constituido por una resina fluorocarbonada. 8. Procedimiento según una cualquiera de la reivindicación 7, caracterizado porque la resina fluorocarbonada se elige entre un copolímero modificado de etileno y tetrafluoroetileno, poli(fluoruro de vinilideno), un copolímero de poli(fluoruro de vinilideno) y hexafluoruro de propileno. 9. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque las partículas duras (3) se eligen entre partículas cerámicas, de vidrio, de polímero. 10. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque cada colector de corriente (4, 5) de una pluralidad de pasos transversales (4c, 5c) atravesando de una primera superficie (4a, 5a) a una segunda superficie (4b, 5b). 11. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque cada colector de corriente (4, 5) comprende, sobre su segunda superficie (4b, 5b), una zona lateral (4d, 5d) no recubierta destinada a servir de conexión eléctrica. 12. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque al menos un colector de corriente (4, 5) está en forma de reja, peine, capa delgada de material tejido o de material poroso. 6   13. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el elemento separador (2) está en forma de película perforada, reja, capa delgada de material tejido o de material poroso. 7   8   9