Nouvelles plaques bipolaires pour piles à combustible par le CEA

Pour résister aux conditions d’acidité, de température et de pression qui règnent dans les piles à combustible de type PEMFC, les plaques bipolaires doivent présenter des propriétés physico-chimiques élevées. Pour son partenaire industriel Hélion, le CEA a mis au point un processus de fabrication de plaques très novateur. Le secret réside d’abord dans le choix du matériau : plutôt que de miser sur les métaux (oxydables) ou le graphite (trop poreux et friable), les chercheurs ont opté pour les matériaux composites. En collaboration avec un industriel français spécialisé dans les polymères, ils ont mis au point une poudre innovante à base de thermoplastique (pour le liant) et de carbone (pour la conductivité électrique). "La technologie micro-composite permet d’augmenter les taux de carbone tout en conservant un excellent niveau de processabilité", explique David Descarsin, du CEA.

L’originalité de ces plaques tient par ailleurs à leur mode de mise en forme. Les formulations micro-composites donnent naissance à une poudre à mouler, homogène et facilement transformable à chaud. Il est possible de mouler les canaux d’alimentation directement et en une seule étape, sur les deux faces de la plaque, à partir de techniques maîtrisées de plasturgie. "Le challenge réside alors dans l’optimisation des paramètres de mise en œuvre et de moulage afin d’obtenir un produit fini. On élimine ainsi l’étape d’usinage." L’opération est gagnante sur tous les plans car les plaques obtenues présentent des propriétés très intéressantes : une conductivité électrique élevée (deux fois supérieure aux 100 S/cm minimum nécessaires), et une bonne résistance à la température et aux efforts de serrage lors de l’empilement des plaques dans les "stacks". Par ailleurs, contrairement à l’usinage, la thermocompression permet d’obtenir un design parfait des canaux, sans "défaut". Enfin, parce qu’elle élimine cette phase d’usinage, la technologie réduit d’au moins 50% le temps de production des plaques, dont le coût est également diminué d’un facteur dix.

A terme, le CEA espère réaliser des plaques multifonctions en intégrant directement les joints d’étanchéité pendant la phase de mise en forme et en réalisant un post-traitement hydrophobe de la surface pour faciliter l’évacuation d’eau. Il pourrait s’associer à un partenaire pour finaliser l’industrialisation des plaques.