DURASYS-PAC
Aperçu
Durabilité et Résilience des Systèmes Piles à Combustible
Pr Nadia YOUSFI STEINER
UMR FEMTO-ST (Univ Franche-Comté – CNRS)
DURASYS-PAC se concentre sur l’amélioration de la durabilité des systèmes piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) pour la mobilité lourde. Les enjeux majeurs sont liés à la fiabilité, la durabilité et la réduction des coûts. Le projet s’attachera à développer des systèmes robustes face aux températures extrêmes, et à répondre aux contraintes liées à l’embarqué, à savoir la fiabilité et la sécurité en temps réel, et une durabilité supérieure à 20 000 heures
Mots clés: Pile à combustible, durabilité, résilience, démarrage à froid, contrôle tolérant aux défauts, système, Mobilité lourde hydrogène
Tâches
Nos recherches
Durabilité et modélisation
Le projet s’efforcera de mieux comprendre les mécanismes de dégradation et l’impact de certains modes de fonctionnement par le biais de caractérisations d’assemblages membrane-électrodes, et d’analyses physico-chimiques. Les contraintes opératoires liées à la mobilité lourde seront recensées et une plateforme de modélisation des performances du système incluant le vieillissement des cellules et stacks sera co-développée.
Tests de dégradation accélérée
Le projet prévoit des campagnes expérimentales de caractérisation et de tests longues durées (vieillissement normal), ainsi que des campagnes en vieillissement accéléré au niveau du stack. Les protocoles de tests accélérés seront adaptés aux modes de défaillances identifiés.
Démarrage à froid et contrôle tolérant aux défauts
En s’appuyant sur la compréhension fine de l’état d’hydratation des membranes et interfaces et l’optimisation des conditions opératoires, le projet proposera et validera sur un stack représentatif des stratégies de démarrage à froid rapides, peu énergivores et les moins dégradantes possibles. L’objectif final visé est un démarrage à -30°C en moins de 30 secondes jusqu’à 50% de la puissance nominale, sans apport d’énergie externe.
De plus, le projet s’attachera à développer des algorithmes de contrôle tolérants aux défauts, permettant de piloter le système de façon optimale avec des stratégies de maintenance adéquates. L’objectif visé est d’atteindre une durabilité supérieure à 20 000 heures pour la mobilité lourde (6 000 heures pour l’utilitaire léger), avec une efficacité de 65% et une continuité de service de 99%
Le consortium :
3 laboratoires académiques + 3 instituts du CEA + ARMINES
Des attendus scientifiques
Le projet DURASYS-PAC ambitionne de comprendre et de résoudre les problèmes de détériorations chimique, mécanique et physique de composants tels que la membrane, l’électro-catalyseur, les plaques bipolaires, qui induisent des pertes de performance réversible (défauts), irréversible (vieillissement), voire même des conditions altérant la sécurité du système et des individus.
Il est prévu de développer des composants améliorés capables de mieux supporter les conditions de fonctionnement qui dégradent aujourd’hui la cellule et le stack (meilleure tolérance aux défauts, aux cyclages et au démarrage à froid).
Les objectifs de durabilité seront mesurés par des protocoles fiables de vieillissement accéléré, à l’échelle du stack et du système, et validés sur des cycles et en conditions d’usage réels.
Les objectifs du projet sont un démarrage en moins de 30s sous une température de -30°C, et une durabilité supérieure à 20 000 h pour la mobilité lourde.
Impacts environnementaux
Les enjeux à moyen et long terme sont de contribuer à la décarbonation du secteur de la mobilité lourde tout en répondant aux problématiques d’autonomie et temps de recharge par un déploiement facilité.
Développement de compétences
Formation de 11 doctorants et 4 post-doctorants
Réalisations 2023
L’année 2023 a été consacrée à la définition des tests expérimentaux prévus chez les différents partenaires du projet : des premiers protocoles AST pour la mobilité lourde ont été développés. La disponibilité de stacks et la nécessité d'adapter certains bancs de tests pour la durabilité des stacks sélectionnés retardent le démarrage de la partie expérimentale. En parallèle, d'autres tests permettant d'avancer sur la validation des algorithmes ont été lancés. Sur ce dernier point, le consortium a décidé d'utiliser une plateforme de simulation collaborative multiéchelle et multiphysique qui sera utilisée par tous les partenaires.
