Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEM) peuvent servir de source d’énergie zéro émission pour de nombreuses applications embarquées. Toutefois, il subsiste des défis techniques qui gênent la commercialisation des véhicules équipés de cette technologie. Les plus critiques sont les suivants : la réduction des coûts, la durabilité, la gestion de l’eau, la tolérance au gel et la densité de puissance.
Des améliorations significatives en matière de simulation du rendement des piles à combustible automobiles ont été présentées, aux Etats-Unis, à la réunion annuelle d’examen du mérite et d’évaluation par les pairs des programmes Hydrogène et Technologies Automobiles du Département de l’Energie (DOE). Ces derniers visent l’utilisation de la simulation pour réaliser une étude détaillée des diverses structures et propriétés des composants affectant le transport du gaz et de l’eau dans les piles à combustible à membrane échangeuse de protons.
Les activités présentées couvraient les résultats d’une validation expérimentale des modèles de transport d’eau, faite par l’ESI North America via des interfaces informatiques, dans les couches diffusionnelles et dans les canaux d’alimentation des gaz. Cette meilleure compréhension du transport de l’eau a permis d’évaluer de nouveaux concepts pour éliminer l’eau et contrôler sa répartition. Une intégration ultérieure des simulations de gestion de l’eau aux modèles électrochimiques et de transfert thermique existants a également été effectuée, créant une solution pour étudier des densités de puissance plus importantes et le fonctionnement transitoire.
» Le prototypage virtuel s’appuie sur une simulation multi-physique avancée afin de comprendre les interactions complexes d’un phénomène physique. Ceci est une technologie requise pour livrer au grand public des véhicules à pile à combustible rentables, a déclaré Joseph Strelow, directeur et ingénieur en chef des programmes gouvernementaux d’ESI North America. Les réactions électrochimiques, les concentrations de polluants nuisant au rendement, et leur impact sur la durabilité des composants de la pile ne peuvent pas être mesurés directement dans une pile à combustible en fonctionnement. Les options de simulation disponibles ne permettaient pas jusqu’à présent de représenter la physique précise nécessaire pour réaliser de nouveaux progrès en matière de rendement. Nous sommes fiers de collaborer avec nos partenaires sectoriels et universitaires, avec l’appui du Département de l’Energie, en vue de résoudre ces problèmes fondamentaux. »
Ce projet d’une durée de 4 ans, qui a débuté en 2007 avec un budget total de 6,4 millions dollars US, est mené en collaboration avec 7 partenaires technologiques, industriels et universitaires. Après l’examen final de mi-programme qui vient d’avoir lieu, le projet devrait être complété en mai 2011.