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

Des conceptions de plaques bipolaires inspirées de structures naturelles, telles que les feuilles, les poumons ou les éponges, ont été explorées avec succès jusqu'à présent, mais leur plein potentiel reste à exploiter. Ce projet étudie de nouvelles conceptions biomimétiques à travers trois phases distinctes.

• Dans une première phase, plusieurs prototypes de piles à combustible biomimétiques sont analysés par simulation numérique des fluides (CFD) afin de sélectionner le prototype le plus prometteur. Les résultats obtenus sont ensuite comparés à ceux de piles à combustible classiques de pointe, comme la pile à bobines parallèles. Le prototype retenu intègre des inserts de graphène poreux dans la partie centrale de la plaque, contrairement aux canaux verticaux plus courants dans les autres prototypes.
   
• Dans un second temps, une fois la conception biomimétique la plus prometteuse sélectionnée, elle a été fabriquée et des essais expérimentaux ont été menés afin de déterminer ses performances énergétiques (courbes IV, EIS et CDM). Ces essais ont été réalisés sur le banc d'essai de piles à combustible à hydrogène du groupe Thermotechnology. Les résultats obtenus avec cette nouvelle conception biomimétique ont été analysés et comparés à ceux d'un modèle de référence à bobines parallèles. Cette analyse a révélé que la conception proposée est particulièrement adaptée à l'amélioration de la gestion de l'eau dans la pile à combustible en conditions d'humidité relative élevée, permettant d'atteindre une puissance maximale jusqu'à 6 % supérieure à celle du modèle de référence.
   
• Dans une troisième phase, après analyse des résultats expérimentaux précédents, la conception est optimisée en vue de la fabrication et des essais du prototype final. Enfin, à partir de ce prototype optimisé, un module de puissance de 500 W est fabriqué pour la démonstration finale de la technologie étudiée.
   

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

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

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