Investigation sur les écoulements alternés liquide appliqués au chauffage rapide des piles à combustible

Les technologies à base d’hydrogène, comme les véhicules électriques à pile à combustible (FCEV) avec la technologie PEMFC, peuvent diminuer les émissions de carbone dans les transports pour contrer le réchauffement climatique. Toutefois, des défis persistent, notamment la gestion thermique et la réduction des coûts. Le démarrage à froid des piles à combustible PEMFC est particulièrement problématique en raison du gel de l’eau produite, impactant les performances. Une étude bibliographique a été menée et a permet de conclure que l’application des écoulement alternatifs permet d’améliorer la gestion thermique des dispositifs électrochimiques, notamment en ci qui concerne l’homogénéité de température et la réduction de la consommation énergétiques. L’objectif envisagé à travers ma thèse est de poursuivre les études menés par le laboratoire FEMTO ST, portant sur l’étude des écoulement alternés appliqués au chauffage rapide des piles à combustible, dans des conditions de démarrage à froid. La gestion thermique adoptée est passive, exploitant la chaleur libérée par la pile à combustible pendant son fonctionnement pour la réchauffer au démarrage. Pour mener à bien nos travaux, nous avons développé un banc d’essais spécifique pour étudier l’influence d’un écoulement alterné/pulsé sur la température de pile lors de son démarrage. La prochaine étape est d’approfondir notre étude en caractérisant les échanges thermiques et les phénomènes fluidiques dans les plaques bipolaires, malgré la complexité de leur architecture et la difficulté d’instrumentation. Nous fabriquerons un échantillon en graphite simplifié mais représentatif pour étudier plus efficacement ces phénomènes physiques, en veillant à ce que les conditions d’écoulement correspondent à celles des plaques bipolaires de la pile utilisée sur le banc d’essais. Nous collecterons des données instantanées ou moyennes (vitesse, température, pression, etc.) pour établir empiriquement les coefficients de perte de charge et d’échange thermique convectif, en régime permanent et alterné. Différentes stratégies, impliquant le débit, la fréquence d’alternance, le rapport cyclique et la puissance de chauffage, seront examinées pour étudier tous les aspects thermo- fluidiques de l’écoulement. Ces données sont essentielles pour modéliser les échangeurs internes des piles à combustible. La modélisation résultante servira à développer des stratégies de chauffage visant à améliorer la dynamique et l’homogénéité thermique des piles à combustible, notamment pour les véhicules à pile à combustible (FCEV) lors des changements de charge et des démarrages à froid.

Work In Progress