DURABILITHY
Aperçu
Study of the Durability of HYdrogen technologies: high power PEM fuel cells and electrolyzers
DR Christophe TURPIN
Laboratoire LAPLACE-CNRS
Les « Equipex + » sont des projets de financement d’équipements destinés à des plateformes expérimentales de laboratoires publics de recherche. Ils sont multi-partenaires, multi-sites mais doivent répondre à une unité thématique. L’Equipex + DURABILITHY vise à étudier la durabilité des technologies hydrogène de fortes puissances (piles à combustible, électrolyseurs) de type PEM (Proton Exchange Membrane) dans des conditions de fonctionnement représentatives des applications visées : stationnaires (y compris les micro-réseaux intelligents), embarquées (véhicules légers, poids lourds, trains…), aéronautique. Il sera développé dans un cadre multi-échelles avec deux objectifs principaux étroitement liés :
– compléter et étendre les moyens d’essais déjà disponibles afin de permettre un changement d’échelle majeur et décisif vers la forte puissance (> 100kW) tout en profitant des études menées par les partenaires du projet, pour des puissances plus faibles, sur le vieillissement des technologies hydrogène type PEM.
– renforcer les capacités de caractérisation et de modélisation au niveau cellulaire, afin de développer les outils de simulation analytique et numérique nécessaires à la compréhension des résultats obtenus à l’échelle du système et d’alimenter au final le travail pour les deux échelles.
– compléter et étendre les moyens d’essais déjà disponibles afin de permettre un changement d’échelle majeur et décisif vers la forte puissance (> 100kW) tout en profitant des études menées par les partenaires du projet, pour des puissances plus faibles, sur le vieillissement des technologies hydrogène type PEM.
– renforcer les capacités de caractérisation et de modélisation au niveau cellulaire, afin de développer les outils de simulation analytique et numérique nécessaires à la compréhension des résultats obtenus à l’échelle du système et d’alimenter au final le travail pour les deux échelles.
Une nouveauté majeure sera de mener ces tests dans des conditions expérimentales représentatives d’utilisations réelles :
i) Conditions environnementales (température, pression, taux d’humidité, qualité de l’air, vibrations, positionnement dans l’espace),
ii) Profils de puissance exigés par les charges fournies (PAC) ou envoyées par les générateurs idéalement d’électricité renouvelable (électrolyseurs),
iii) Les interactions et couplages entre les sous-systèmes. Les études à plus petite échelle bénéficieront notamment d’outils d’investigation très avancés comme la RMN à Nancy et les techniques de microscopie de pointe à Toulouse.
Mots clés:
Hydrogène, Durabilité, Pile à combustible, Electrolyseur, PEM, Forte puissance, Essais, Usages, Bancs multi-échelles, IRMN
Tâches
Nos recherches
Equipements programmés à l’échelle Système (Plateforme SPAC, Belfort - Plateforme H2, Toulouse)
- Liquéfacteur (GH2→LH2)
- Bancs d’endurance pour auxiliaires de puissance (humidificateurs passifs, recirculateur d’hydrogène…)
- 1 banc d’endurance PEMFC >100kW
- Moyens d’essais de mise en conditions environnementales (pression, température, taux d’humidité, brouillard salin, vibrations, roulis, tangage, lacet)
- Bancs d’endurance électrolyseurs PEM (1kW, 30kW)
- Bancs d’endurance très longues durées pour PEMFC (5kW, 30kW)
- Mise à niveau H2 de la chambre CEM existante
- Plateforme modulaire d’évaluation de l’H2 pour le stationnaire et l’habitat.
- Bancs d’endurance pour auxiliaires de puissance (humidificateurs passifs, recirculateur d’hydrogène…)
- 1 banc d’endurance PEMFC >100kW
- Moyens d’essais de mise en conditions environnementales (pression, température, taux d’humidité, brouillard salin, vibrations, roulis, tangage, lacet)
- Bancs d’endurance électrolyseurs PEM (1kW, 30kW)
- Bancs d’endurance très longues durées pour PEMFC (5kW, 30kW)
- Mise à niveau H2 de la chambre CEM existante
- Plateforme modulaire d’évaluation de l’H2 pour le stationnaire et l’habitat.
Equipements programmés à l’échelle Cellule (Plateforme H2 et Systèmes Electrochimiques, Nancy - Centre de micro-caractérisation, Toulouse) :
- Adaptation de la microscopie locale (Centre Castaing) pour observation 3D : eau, analyses post-mortem…
- Bancs de test pour cellules instrumentées et équipements associés
- Imageur RMN adapté aux développements de méthodologies spécifiques pour PEMFC et composants.
- Bancs de test pour cellules instrumentées et équipements associés
- Imageur RMN adapté aux développements de méthodologies spécifiques pour PEMFC et composants.
Le consortium :
5 laboratoires académiques
Des attendus scientifiques
Ces nouveaux équipements viendront compléter les nombreux équipements déjà existants sur les trois plus grandes plateformes universitaires dédiées aux tests et à la compréhension des systèmes piles à combustible et électrolyseurs de technologies PEM.
Les recherches qui seront menées grâce à DURABILITHY s'étendent sur une large gamme d'échelles, dans des conditions très proches des applications visées, et en situation de forte puissance. Elles contribueront au développement de technologies innovantes, et devraient déboucher sur des publications dans des revues majeures, des dépôts de brevets, et participeront à la formation de personnes hautement qualifiées.
Impacts environnementaux
Les enjeux à moyen et long terme sont de contribuer à accompagner la recherche publique et les entreprises françaises vers le développement des technologies hydrogène zéro carbone.
Formation
Formation de nombreux personnels techniques et de recherche opérant sur les plateformes.
