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Étude diagnostique d'une pile PEM aux performances dégradées

Résumé : La majorité des sources d énergies utilisées aujourd hui sont fossiles. Elles s amenuisent et leur utilisation a un impact important sur notre environnement. Le secteur du transport est responsable de 31% des émissions de gaz à effet de serre. Les piles à combustibles apparaissent comme une solution vers un transport décarboné. Alimentée en hydrogène, ces dernières convertissent de l énergie chimique en électricité et en chaleur à partir de réactions électrochimiques, en émettant uniquement de l eau. La technologie pile à combustible à membrane échangeuse de protons (pile PEM) représente 80% du marché mondial des piles à combustible. Un des axes majeurs de recherche sur la pile PEM est l amélioration de sa durabilité. Ainsi, la compréhension des hétérogénéités de fonctionnement et l analyse des dégradations des composants de la pile sont primordiales. Notre étude porte sur la caractérisation d une pile PEM au design innovant dans un cas de fonctionnement où elle présente des performances dégradées. Grâce aux mesures des tensions de cellules, il a été établi que la dégradation des performances provient du comportement instable de la cellule n°36. Des essais de voltampérométrie cyclique et de spectroscopie d impédance électrochimique ont été effectués pour mieux comprendre ce défaut. Les mesures ont révélé pour la cellule n°36 une sous-alimentation en réactifs et possiblement une dégradation de la couche catalytique. Ceci est conforté par les courbes de polarisation pour différentes conditions opératoires, qui présentent une allure typique d un noyage et/ou d un bouchage des entrées/sorties des canaux d alimentation de la cellule. Plusieurs hypothèses concernant les causes du noyage et/ou de l obturation ont été évoquées, comme le bouchage des canaux d alimentation suite à la dilatation de certains joints, ou un noyage résultant de la position de cette cellule au sein de la pile. En effet, la cellule n°36 se situe en bout d empilement. Sa température est donc plus faible que les autres cellules de la pile, favorisant la condensation. Il est alors possible qu une plus grande quantité d eau liquide soit présente et bouche les canaux d alimentation. Par ailleurs, un stockage prolongé subi par la pile, ainsi qu une longue série d arrêt/démarrage lors des essais ont été retenues comme potentielles causes de dégradations de la couche catalytique.
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Contributor : Contributeur MAP CEA Connect in order to contact the contributor
Submitted on : Monday, May 23, 2022 - 12:00:09 PM
Last modification on : Thursday, May 26, 2022 - 3:48:02 AM

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  • HAL Id : cea-03675660, version 1

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Marine Cornet, Christophe Kinkelin, Jean-Philippe Poirot, Sébastien Rosini, Fabrice Micoud, et al.. Étude diagnostique d'une pile PEM aux performances dégradées. Journée Scientifique CODEGEPRA - SFGP Sud-Est 2021, Nov 2021, Grenoble, France. 2021. ⟨cea-03675660⟩

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