Caractérisation des systèmes de piles à combustible : le banc de test pour auxiliaires
Les piles à combustible représentent l’une des technologies les plus prometteuses pour la transition énergétique en ce qui concerne la consommation d’énergie propre et renouvelable qu’est l’hydrogène. Afin de garantir une performance optimale et prolonger la durée de vie des systèmes à base de piles à combustible, il est essentiel de bien choisir les différents auxiliaires qui les constituent. Parmi ces composants, l’humidificateur joue un rôle crucial dans l’apport d’humidité nécessaire au bon fonctionnement de la membrane du cœur de pile. C’est dans ce cadre que le banc de test pour auxiliaires de pile à combustible, conçu par H2Pulse, s’inscrit comme un outil indispensable pour la caractérisation de ces systèmes.
1. Présentation du banc de test
Le banc de test développé par H2Pulse a pour objectif principal de tester et d’optimiser les auxiliaires d’humidification utilisés dans les systèmes à pile à combustible. Ce projet s’inscrit dans la continuité de différentes campagnes d’essais dédiées à la réalisation de tests d’humidificateurs passifs sans PFAS. L’ensemble du processus de conception, de développement, de débogage et des essais a été pris en charge par l’équipe d’ingénieurs de H2Pulse, dont les locaux sont situés sur la base aérienne de Francazal (Toulouse-Cugnaux), dans le sud de la France.
Conçu pour fournir des données pertinentes et améliorer l’efficacité des systèmes pile à combustible, le banc de test est un équipement complexe qui offre une grande flexibilité en termes de configurations et de conditions de tests. Il est composé de deux lignes distinctes : une ligne sèche et une ligne humide, indépendantes, permettant de simuler une large gamme de conditions de fonctionnement des piles à combustible et d’étudier l’impact de cet auxiliaire sur la performance globale du système.
2. Rôle essentiel de l’humidificateur passif
L’humidificateur passif est l’un des auxiliaires les plus importants des systèmes pile à combustible. Sa fonction principale est d’humidifier l’air déshydraté qui entre dans la pile à combustible, afin de le réinjecter dans la pile sans compromettre l’intégrité de la membrane électrolytique. En effet, l’humidité joue un rôle crucial dans le bon fonctionnement de la pile, et en particulier dans la conductivité protonique de l’électrolyte solide, et un manque d’humidité peut entraîner une baisse de performance, voire endommager irréversiblement la pile.
Le banc de test conçu par H2Pulse permet de tester l’humidificateur passif dans des conditions similaires de celles rencontrées lors de son utilisation dans des systèmes réels. En simulant différentes pressions, débits, températures et niveaux d’humidité, le banc permet de caractériser le fonctionnement de cet auxiliaire clef et de mieux comprendre les interactions entre l’air entrant et sortant de la cathode.
3. Fonctionnement du banc de test
Le banc de test possède deux lignes distinctes : une ligne sèche et une ligne humide. La ligne sèche simule l’entrée de la cathode, en sortie de compresseur (humidité relative à 0%). Elle est émulée par un réchauffeur et une vanne de régulation de pression. La ligne humide correspond à la réinjection de l’eau produite par le fonctionnement de la pile en sortie de cathode.
Capacité de débits et de pressions :
Les deux lignes du banc de test peuvent atteindre un débit d’air sec de 500 NL/min. En termes de pression, les lignes sont conçues pour supporter une pression maximale de 2,5 bara. Ces conditions permettent d’émuler des piles jusqu’à 10 kW, dans des conditions équivalentes à celles d’applications industrielles.
4. Gestion de l’humidité et conditions de test
La fonction principale de ce banc de test est de contrôler précisément l’humidité de la ligne humide (sortie cathode), une variable cruciale pour le bon fonctionnement des piles à combustible. En effet, la pile à combustible nécessite un environnement spécifique pour fonctionner efficacement, notamment en ce qui concerne l’humidité de l’air qui entre en contact avec la membrane électrolytique.
Le banc de test permet d’atteindre une humidité relative de 100 % à une température de 90°C, une pression de 1.5 bara et à un débit de 240 NL/min, grâce à deux humidificateurs actifs.
De plus, il est possible d’atteindre de plus hauts débits tout en maintenant une humidité relative de 100% en ajustant la température et la pression : en augmentant la pression ou diminuant la température, le banc de test nécessite une injection d’eau moindre pour maintenir un niveau d’humidité relative élevé.
5. Importance des synergies entre auxiliaires
L’une des clés de l’optimisation des systèmes pile à combustible réside dans l’amélioration des synergies entre les différents auxiliaires. H2Pulse souligne que les performances des piles à combustible ne dépendent pas uniquement du cœur du système, à savoir la pile elle-même, mais aussi de la manière dont les auxiliaires interagissent pour maintenir des conditions optimales de fonctionnement. Cela inclut des éléments comme les humidificateurs, les systèmes de gestion thermique, les compresseurs et les réservoirs de stockage d’hydrogène.
L’optimisation de ces synergies est essentielle pour améliorer la durabilité et l’efficacité des systèmes pile à combustible, en particulier dans des applications mobiles (véhicules, drones, etc.) ou stationnaires (centrales de production d’électricité). Le banc de test développé par H2Pulse permet de toujours mieux comprendre comment ces auxiliaires interagissent, et de trouver des solutions pour améliorer leur performance collective.
6. Conclusion : Vers une pile à combustible optimisée
En conclusion, le banc de test développé par H2Pulse représente un outil essentiel pour la caractérisation et l’optimisation des systèmes à pile à combustible. Grâce à sa capacité à simuler des conditions variées de pression, de température et d’humidité, ce banc permet d’étudier en profondeur l’auxiliaire d’humidification, dont l’optimisation est cruciale pour améliorer l’efficacité globale des piles à combustible.
H2Pulse est convaincu que l’avenir des systèmes pile à combustible passe par une amélioration continue des synergies entre les différents composants, afin de maximiser la performance et la durabilité de ces technologies. Le banc de test joue un rôle central dans cette démarche, en fournissant des données précieuses qui permettront de concevoir des systèmes toujours plus performants et adaptés aux besoins spécifiques des utilisateurs.
