Les solutions ThreeBond adaptées au marché de l'hydrogène
Les progrès rapides de la technologie et de l'industrie automobile s'accélèrent d'année en année. Le développement de nouvelles technologies ouvre continuellement de nouvelles opportunités pour l'industrie des adhésifs et des produits d'étanchéité. Parmi ces secteurs émergents, l'hydrogène a connu un essor considérable au cours des deux dernières décennies, porté par la nécessité mondiale de réduire les émissions de carbone et de s'orienter vers des solutions énergétiques plus propres. L'hydrogène est désormais utilisé dans un large éventail d'applications, notamment les véhicules électriques à pile à combustible (FCEV), les systèmes de stockage d'hydrogène, les électrolyseurs, les infrastructures de ravitaillement et la production d'électricité stationnaire. Dans le secteur automobile en particulier, les piles à combustible à hydrogène représentent une solution clé pour atteindre une mobilité zéro émission tout en maintenant une longue autonomie et des temps de ravitaillement rapides.
La protection des ressources précieuses et la prévention des fuites ont toujours été au cœur de la mission de ThreeBond. Depuis plus de 20 ans, nous participons activement au développement de solutions d'étanchéité haute performance conçues pour garantir le confinement sûr et fiable de l'hydrogène.
L'innovation continue en science et en technologie permet à ThreeBond de développer de nouvelles solutions chaque année. Grâce à une science des matériaux avancée et à une expertise en procédés, nous accompagnons nos clients dans la résolution de leurs défis techniques et contribuons à un monde plus durable et plus pérenne.
Exigences d'étanchéité pour l'hydrogène
L'étanchéité des systèmes hydrogène présente plusieurs défis techniques liés aux propriétés physiques uniques de l'hydrogène et aux conditions de fonctionnement des systèmes de piles à combustible :
- Haute perméabilité à l'humidité, pouvant affecter les performances et la fiabilité à long terme
- Haute perméabilité au gaz hydrogène, en raison de la taille moléculaire extrêmement petite de l'hydrogène
- Exigences élevées en cadence de fabrication, nécessitant des procédés d'étanchéité efficaces tels que :
- Les technologies CIPG (Cured-In-Place Gasket)
- Les solutions de réticulation UV, permettant des temps de réticulation rapides et une haute productivité
Au fil des années, ThreeBond a développé et validé de multiples solutions d'étanchéité pour les applications hydrogène, évaluées selon les normes industrielles japonaises (JIS) standardisées, notamment :
- JIS K 7129, pour l'évaluation de la perméabilité à la vapeur d'eau (humidité)
- JIS K 7126, pour la mesure de la perméabilité aux gaz, y compris l'hydrogène
Application pile à combustible
Une pile à combustible est composée de plusieurs couches fonctionnelles assemblées avec précision, conçues pour produire de l'électricité par une réaction électrochimique entre l'hydrogène et l'oxygène. Une cellule individuelle comprend généralement :
- Des plaques bipolaires, qui assurent la distribution de l'hydrogène et de l'air, collectent le courant et offrent une résistance mécanique
- Un MEA (Membrane Electrode Assembly), composé d'une membrane échangeuse de protons prise en sandwich entre des couches catalytiques et des couches de diffusion de gaz
- Des zones d'étanchéité, appliquées autour de la zone active pour éviter les fuites d'hydrogène, d'air et de liquide de refroidissement
Chaque composant doit être parfaitement aligné et étanché pour garantir l'efficacité, la durabilité et la sécurité dans les conditions de pression et de température de fonctionnement.
Pour garantir une étanchéité parfaite entre les différents composants, des matériaux de joint liquide sont appliqués avec précision directement sur les plaques bipolaires ou les cadres. Selon le procédé de production et les exigences de performance, l'étanchéité est assurée par :
- Les technologies FIPG (Formed-In-Place Gasket) ou CIPG (Cured-In-Place Gasket)
- Des procédés de distribution automatisée ou de sérigraphie, garantissant une haute précision, une répétabilité et une compatibilité avec la production en série
Une fois distribué, le matériau d'étanchéité est réticulé — soit par réticulation thermique soit par réticulation UV — formant un joint robuste et continu.
Après l'étanchéité et la réticulation, les cellules individuelles sont assemblées en un stack de piles à combustible. Ce processus d'empilement comprend :
- L'alternance de plaques bipolaires étanchées et de MEA dans une séquence précise
- L'alignement soigneux de toutes les couches pour maintenir un flux de gaz uniforme et un contact électrique homogène
- L'application d'une compression contrôlée à l'aide de plaques d'extrémité et de tirants pour garantir des performances d'étanchéité constantes
Le stack final peut être composé de dizaines à centaines de cellules individuelles, selon la puissance visée. L'intégrité de l'étanchéité dans l'ensemble du stack est essentielle pour prévenir les fuites, garantir la sécurité et maintenir un haut rendement.
Nos solutions
ThreeBond possède plus de 20 ans d'expérience dans le développement de produits d'étanchéité pour l'hydrogène et les applications de piles à combustible. Les premières solutions développées étaient des produits à réticulation thermique, comme le ThreeBond 1153E. Bien que ces produits offraient d'excellentes performances d'étanchéité, la réticulation thermique implique des temps de réticulation relativement longs, ce qui limite la cadence de production.
Pour suivre les avancées technologiques rapides, les équipes R&D de ThreeBond ont ensuite développé des résines à réticulation UV, réduisant considérablement les temps de réticulation et permettant des processus de production plus rapides et plus efficaces. Plus récemment, les efforts se sont concentrés sur les résines sérigraphiables, permettant des volumes de production plus élevés grâce à la distribution et à l'impression automatisées.
Aujourd'hui, ThreeBond propose une large gamme de solutions d'étanchéité — FIPGs et CIPGs — compatibles avec différents systèmes de distribution, disponibles en variantes thermoréticulables et réticulables UV.
- Monocomposant sans solvant
- Réticulation thermique
- Monocomposant sans solvant
- Réticulation par lumière UV
- Excellente résistance à la chaleur, à l'eau, aux acides, au liquide de refroidissement et faible perméabilité à l'humidité
- Excellente rétention de forme, faible déformation par compression
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