Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) sont des dispositifs énergétiques qui convertissent directement l'énergie chimique des carburants tels que l'hydrogène en un travail utile avec un impact environnemental négligeable et un rendement élevé. La géométrie des canaux de la plaque bipolaire a un impact considérable sur les performances de la pile à combustible.

Les conceptions de plaques bipolaires basées sur des structures inspirées de la nature telles que des feuilles, des poumons ou des éponges ont été explorées avec succès jusqu'à présent, mais n'ont pas encore atteint leur plein potentiel. Dans ce projet, de nouvelles conceptions biomimétiques sont étudiées à travers trois phases différentes.

• Dans une première phase, une série de conceptions biomimétiques initiales pour une pile à combustible sont analysées via une analyse informatique de la dynamique des fluides du flux de différentes conceptions biomimétiques initiales, dans le but de sélectionner la conception la plus prometteuse. Les résultats des conceptions biomimétiques sont comparés aux résultats de conceptions de piles à combustible standard de pointe, telles que celles à bobine parallèle. La conception sélectionnée comprend des inserts poreux en graphène dans la partie centrale de la plaque au lieu des canaux verticaux, plus courants dans d'autres conceptions de pointe.
   
• Dans un deuxième temps, une fois sélectionné le design biomimétique présentant les meilleures perspectives, celui-ci est fabriqué et des tests expérimentaux sont réalisés pour déterminer ses performances énergétiques (courbes IV, EIS et CDM). Les tests expérimentaux ont été réalisés sur le banc d'essai des piles à hydrogène dont le groupe Thermotechnics dispose dans ses installations. Les résultats de la nouvelle conception biomimétique ont été analysés et comparés à un modèle de référence à bobine parallèle, indiquant que la nouvelle conception proposée est particulièrement adaptée à l'amélioration de la gestion de l'eau des piles à combustible dans des conditions d'humidité élevée des réactifs, atteignant une puissance de crête jusqu'à 6,0 % plus élevée par rapport à celle-ci. au modèle de référence.
   
• Dans une troisième phase et après l'analyse des résultats expérimentaux précédents, une optimisation de la conception est réalisée pour fabriquer et tester le prototype final. Enfin, avec le prototype final optimisé, la fabrication d'une pile de puissance de 500 W commence pour la démonstration finale de la technologie recherchée.
   

Cette publication fait partie du projet R&D&i PID2019-104441RB-I00 financé par MCIN/AEI/10.13039/501100011033.

Programme de financement : Défis du Plan d'État 2017-2020 - Projets R&D&I
 

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