Des piles à combustibles plus performantes grâce à des flux optimisés
Ces 50 dernières années, les piles à combustibles ont attiré l'attention en tant que forme renouvelable d'énergie pour minimiser la dépendance envers les combustibles fossiles tout en protégeant l'environnement. Les piles à oxyde solide (SOFC - solid oxide fuel cells) ont fait l'objet d'un grand intérêt, en raison de leur haute efficacité, de leur bas prix, de leur capacité à exploiter des carburants variés et de leurs avantages environnementaux évidents. Du fait qu'elles n'ont pas de pièces mobiles éliminant ainsi les vibrations, ils éliminent même la pollution sonore. Cependant, la distribution inégale et inefficace de flux de gaz réactifs, notamment dans des conditions d'utilisation de carburant intenses, se traduit par une efficacité réduite et de moins bonnes performances. Des chercheurs européens disposant d'un soutien financier accordé au projet Hydrosofc ont tenté d'appliquer des techniques de modélisation des réseaux à un seul flux, moins coûteuses en termes de calculs que les méthodes de dynamique des fluides computationnelle (DFC) pour étudier les facteurs importants affectant la distribution des flux et permettre sa prévision fiable. Ces méthodes pourraient fournir la précision dont ont besoin les ingénieurs plus rapidement tout en leur offrant des capacités d'optimisation renforcées. Les scientifiques ont développé trois différents modèles pour simuler divers effets et leur importance dans la distribution des flux, dont un modèle de DFC semi-tridimensionnel (3D), un modèle analytique 2D et un modèle hydraulique en 2D. Ils ont constaté que l'exploitation du bloc dans des conditions de charge électrique (utilisation de carburant élevée) augmentait la mauvaise distribution pour des configurations des collecteurs de flux en U (une sorte de demi-tour) dans lequel le flux pénètre et ressort par la même sortie en comparaison de flux en Z, caractérisé par un flux pénétrant par une entrée et ressortant par une autre sortie. D'après les modèles, la mauvaise distribution était déterminée par le rapport de baisse de pression dans les collecteurs d'entrée et de sortie et la baisse de pression dans le champ d'écoulement des piles à combustibles. Des mesures expérimentales ont confirmé les résultats des calculs et soutenu la faisabilité du modèle hydraulique en calculant la distribution du flux dans les blocs de piles à combustibles avec la précision nécessaire pour les estimations liées à la fabrication. Les scientifiques d'Hydrosofc ont fourni un modèle de flux de calcul simplifié pouvant prévoir les mauvaises distributions de flux critiques pour la performance des SOFC et surmonter l'un des principaux obstacles à l'exploitation commerciale à grande échelle des SOFC.
