Un changement radical dans la modélisation des piles à combustible
Les PEMFC sont des systèmes non linéaires complexes. De nouveaux outils de diagnostic sont nécessaires pour améliorer leur durabilité et leur efficacité, ainsi que pour réduire leur coût et la durée de leur développement. Grâce à un financement de l'UE, le projet PUMA MIND (Physical bottom up multiscale modelling for automotive PEMFC innovative performance and durability optimization) a mis au point de puissants modèles mathématiques permettant de faire progresser la conception et l'amélioration de ces outils. Pour mettre au point des modèles et outils, les partenaires du projet ont commencé par étudier le manque de compréhension du fonctionnement de la cellule en tant que système à plusieurs échelles, tant au niveau du matériau que du système. Ils sont ainsi parvenus à étendre leurs connaissances sur les interactions du système à plusieurs échelles et sur son impact sur les performances et la durabilité du PEMFC. Cet ensemble d'outils de simulation permet plus précisément de mieux comprendre la relation entre les mécanismes à différentes échelles, au niveau du catalyseur, de l'électrochimie, des mécanismes de transport, ainsi que leur impact relatif sur le comportement global de la cellule dans le cadre d'une utilisation réelle dans une automobile. Les chercheurs ont mis au point de solides modèles mathématiques dynamiques utilisables à des fins de commande et de contrôle, et présentant des capacités de prévision. Ils ont testé la plupart des modèles afin de garantir leur applicabilité aux composants et catalyseurs du commerce. Ils ont pour cela utilisé les catalyseurs les plus adaptés à la technologie de fabrication d'ensemble membrane-électrode. Les innovations du projet PUMA MIND devraient permettre de réduire le nombre d'essais réalisés et éviter ainsi les frais actuellement engagés pour créer des modèles empiriques classiques présentant des capacités de prévision limitées. Elles autoriseront ainsi un meilleur ciblage des caractérisations expérimentales dans des conditions représentatives des applications pratiques. Ces innovations déboucheront aussi sur de nouvelles stratégies opérationnelles ayant pour vocation de limiter les baisses de performances et d'améliorer la stabilité des matériaux et composants. Les connaissances acquises sur les PEMFC dans le cadre du projet PUMA MIND devraient aider à placer l'Europe sur le devant de la scène dans le secteur mondial des technologies de l'hydrogène et des piles à combustible.
Mots‑clés
Piles à combustibles à membrane échangeuse de protons, PUMA MIND, modélisation à plusieurs échelles
