Un nouvel outil dynamise la compétitivité du marché des piles à combustible
Les piles à combustible, qui produisent de l’électricité grâce à des processus électrochimiques, constituent une alternative écologique intéressante aux approches basées sur les combustibles fossiles. Bien que des progrès considérables aient été accomplis ces dernières années dans le domaine de la technologie des piles à combustible, cette alternative prometteuse à la production d’électricité n’a pas encore décollé, car elle ne parvient toujours pas à rivaliser avec les solutions conventionnelles en termes de prix, de disponibilité et de fiabilité. Le projet RUBY(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, a fait des progrès considérables pour changer cela. Une boîte à outils dédiée comprenant un outil de surveillance, de diagnostic, de pronostic et de contrôle (SDPC) utilise un algorithme d’optimisation en temps réel (RTO) pour le contrôle et la spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE)(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), une méthode largement reconnue pour étudier les phénomènes se produisant dans les piles à combustible, afin d’en améliorer les performances et d’en réduire le coût.
Cibler les piles à combustible stationnaires
Les piles à combustible (PC), qui sont beaucoup plus respectueuses de l’environnement que les systèmes énergétiques alimentés par des combustibles fossiles, sont utilisées dans de nombreuses circonstances, notamment dans les transports, la production d’énergie stationnaire et les applications mobiles. Les piles à combustible à hydrogène pur, qui comprennent généralement des centaines de cellules, ne produisent que de l’eau et de la chaleur comme sous-produits de l’électricité générée. Deux des types de piles à combustible les plus avancés sur le plan technologique sont les piles à oxyde solide (SOFC), qui nécessitent des températures élevées pour fonctionner, et les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC), qui fonctionnent à des températures plus basses. RUBY a développé des outils pour évaluer les deux types de PC dans des conditions stationnaires.
SDPC, SIE et la solution RUBY
La SIE repose sur le concept de électricité(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (l’impédance), une mesure complexe de la réponse d’un matériau au flux de courant alternatif. Dans la SIE, un stimulus de courant est appliqué à différentes fréquences à l’empilement de PC et les réponses de tension résultantes sont mesurées. Ces mesures constituent le spectre des données d’impédance auxquelles l’outil SDPC est appliqué. Alors que la SIE est la norme industrielle pour l’analyse des caractéristiques électriques des PC, les innovations de RUBY rendront cette approche beaucoup plus viable. «La SIE est généralement réalisée en laboratoire à l’aide d’instruments coûteux, mais RUBY a démontré la possibilité de déployer la SIE sur des systèmes de PC sur site. L’approche proposée ouvre la voie à une solution performante et peu onéreuse pour les systèmes commerciaux de PC», explique le coordinateur du projet, Cesare Pianese.
Des campagnes expérimentales impliquant des PEMFC et des SOFC
RUBY a testé la performance de l’outil SDPC sur 110 spectres électrochimiques provenant de systèmes PEMFC et 259 spectres provenant de systèmes SOFC. Les résultats ont été impressionnants. Selon Cesare Pianese: «L’algorithme de diagnostic basé sur la SIE a détecté 100 % des états défectueux et isolé 85 % des défauts survenant dans les PEMFC, tandis que pour les SOFC, 100 % des états défectueux ont été détectés et 70 % des défauts ont été isolés». En outre, l’algorithme de contrôle RTO développé dans le cadre du projet a permis d’augmenter de 5 % la performance du système de production combinée de chaleur et d’électricité basé sur les SOFC. «Qui plus est, cette amélioration a été réalisée en une fraction du temps et du coût qui seraient nécessaires pour obtenir un gain de performance comparable grâce à une innovation majeure dans les matériaux ou la conception», précise Cesare Pianese. La solution RUBY est peu coûteuse et polyvalente. L’outil SDPC, basé sur les diagnostics SIE et le contrôle RTO, peut être appliqué à n’importe quel dispositif électrochimique. De nombreux outils développés dans le cadre du projet sont accessibles sur le site web du projet. Les avancées de RUBY ont contribué à rapprocher les piles à combustible respectueuses de l’environnement d’une large diffusion sur le marché.
