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Pile à combustible : simuler pour mieux comprendre

Jean-François Preveraud
Pile à combustible : simuler pour mieux comprendre

Un principe simple, mais une physique complexe que la simulation aide à maitriser.

© DR

Dans le cadre de projets de recherche du DOE américain, l’éditeur français ESI Group a présenté des résultats intéressants portant sur la simulation interne des piles à combustible.

Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons peuvent servir de source d’énergie zéro émission pour de nombreuses applications embarquées. Les défis techniques les plus critiques freinant la commercialisation des véhicules à pile à combustible sont : la réduction des coûts ; la durabilité ; la gestion de l’eau ; la tolérance au gel et la densité de puissance.

Dans ce contexte, le Département de l’Energie (DOE) américain a mis en place un certain nombre de programme de recherche pour améliorer ce composant crucial pour les véhicules de demain. Ainsi lors de la récente réunion annuelle d’examen du mérite et d’évaluation par les pairs du Programme Hydrogène et du Programme de Technologies Automobiles du DOE, un certain nombre d’avancées dans le domaine de la simulation ont été présentées par la filiale américaine de l’éditeur français ESI Group.

En effet, le DOE promeut l’utilisation de la simulation pour réaliser une étude détaillée des diverses structures et propriétés des composants affectant le transport du gaz et de l’eau dans les piles à combustible à membrane échangeuse de protons. C’est pourquoi des ingénieurs d’ESI North America ont fait partie intégrante de ce projet depuis trois ans.

Mieux comprendre les phénomènes internes

« Le prototypage virtuel s’appuie sur une simulation multi-physique avancée afin de comprendre les interactions complexes d’un phénomène physique. Ceci est une technologie requise pour livrer au grand public des véhicules à pile à combustible rentables », a expliqué lors de cette réunion Joseph Strelow, directeur et ingénieur en chef des programmes gouvernementaux d’ESI North America.

« Les réactions électrochimiques, les concentrations de polluants nuisant au rendement, et leur impact sur la durabilité des composants de la pile ne peuvent pas être mesurés directement dans une pile à combustible en fonctionnement. Les options de simulation disponibles ne permettaient pas jusqu’à présent de représenter la physique précise nécessaire pour réaliser de nouveaux progrès en matière de rendement. Grâce à la collaboration avec nos partenaires sectoriels et universitaires, et à l’appui du DOE, nous avons pu réaliser améliorations significatives en matière de simulation du rendement des piles à combustible automobiles, en vue de résoudre ces problèmes fondamentaux ».

Les activités présentées couvraient les résultats d’une validation expérimentale supplémentaire des modèles de transport d’eau faite par ESI Group dans les couches diffusionnelles et canaux d’alimentation des gaz et à travers les interfaces. Cette meilleure compréhension du transport de l’eau a permis d’évaluer de nouveaux concepts pour éliminer l’eau et contrôler sa répartition. Une intégration ultérieure des simulations de gestion de l’eau aux modèles électrochimiques et de transfert thermique existants a également été effectuée, créant une solution pour étudier des densités de puissance plus importantes et le fonctionnement transitoire.

Ce projet de quatre ans a commencé en 2007 avec un budget total de 6,4 millions de dollars. Un projet de développement pluriannuel Il vise à améliorer le rendement, la tolérance au gel, et les temps de démarrage à froid des piles à combustible automobiles. Ce travail est une collaboration de sept partenaires technologiques, industriels et universitaires. Après ce point d’étape à mi-programme, le projet devrait être complété en mai 2011.

Jean-François Prevéraud

Pour en savoir plus : http://www.esi-group.com


 

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