SPACE

Objectif 2-Mise en place d’une stratégie de diagnostiques pour Électrolyseur PEM basse pression (mai 2020 à mai 2021):

Les travaux menés par Aubras et al (IJHE 2017[1]) ont abouti à la création d’un modèle numérique et analytique pouvant permettre de caractériser les plages de fonctionnement propre aux électrolyseurs PEM basses pressions. Ces travaux ont été menés en partenariat avec L’université de Londres (UCL) et L’université de Grenoble ALPES (LEPMI). De cette approche physique, il se doit désormais de pouvoir aboutir à une stratégie de contrôle commande similaire à celle développée en mode piles dans les travaux de Lebreton et al.[2] et de Damour et al.[3] axée cette fois-ci sur la technologie des Électrolyseur PEM.

Livrables et résultats obtenus:

• Revue : Aubras, F., Damour, C., Benne, M., Bessafi, M., Grondin-Perez, B., Kadjo, A. J. J., & Deseure, J. (2021). A Non-Intrusive Signal-Based Fault Diagnosis Method for Proton Exchange Membrane Water Electrolyzer Using Empirical Mode Decomposition. Energies, 14(15), 4458.

• Conférence internationale : Aubras, F., Lin-Kwong-Chon, C., Damour, C., Benne, M., Bessafi, M., Grondin-Perez, B., Deseure, J., & Kadjo, J. J. A. (2020, November). Empirical Mode Decomposition Applied to Proton Exchange Membrane Electrolyzer for Non-Intrusive Diagnosis. In ECS Meeting Abstracts (No. 53, p. 3762). IOP Publishing.

• Conférence nationale (FRH2) : Farid Aubras, Cedric Damour, Michel Benne, Christophe Lin-Kwong-Chon, Jonathan Deseure, Amangoua J-J Kadjo « Méthode de diagnostic non intrusive appliquée aux électrolyseurs à membrane échangeuse de protons : Analyse entropique multi échelle » FRH2 2021

[1] Aubras, F., Deseure, J., Kadjo, J. J., Dedigama, I., Majasan, J., Grondin-Perez, B., … & Brett, D. J. L. (2017). Two-dimensional model of low-pressure PEM electrolyser: Two-phase flow regime, electrochemical modelling and experimental validation. International journal of hydrogen energy, 42(42), 26203-26216.

[2] Lebreton, C., Benne, M., Damour, C., Yousfi-Steiner, N., Grondin-Perez, B., Hissel, D., & Chabriat, J. P. (2015). Fault Tolerant Control Strategy applied to PEMFC water management. International Journal of Hydrogen Energy, 40(33), 10636-10646.

[3] Damour, C., Benne, M., Grondin-Perez, B., Bessafi, M., Hissel, D., & Chabriat, J. P. (2015). Polymer electrolyte membrane fuel cell fault diagnosis based on empirical mode decomposition. Journal of Power Sources, 299, 596-603.

Objectif 3-Contribution à la compréhension des E-PEMs sous l’aspect bi-phasique (mai 2019 à mai 2020):

Dans leurs travaux, Dedigama et al[1] ont visualisé le mécanisme de formation des bulles d’oxygène grâce à une technique de spectroscopie. Ils ont pu observer:

• Un régime monophasique apparaissant lors des faibles densités de courant (lorsque la réaction de dissociation n’a pas encore eu lieu), se caractérisant par un nombre de Reynolds laminaire et par une présence uniforme d’eau dans les canaux
• Un régime biphasique où la réaction de dissociation de l’eau produit un mélange de bulles d’oxygène et d’eau dans le canal.

En particulier, les phases de test effectuées à Londres auprès du Pr Dan Brett durant la thèse du Dr Aubras, ont pu mettre en avant le faite que les régimes Slug flow impactent les performances électrochimiques de la cellule. Cette problématique est d’autant plus importante du faite que les prochaines applications stationnaires de cellule électrolyseur basse pression s’orientent vers des points de fonctionnement où les régimes d’obstruction apparaissent (très haute densité de courant).
Les revues bibliographiques ont pu montrer que ce phénomène n’a été que très peu étudié. Ainsi un des objectifs principaux sera d’étudier le comportement électrochimique (avec la collaboration de L’UCL de Londres) d’une cellule E-PEM lors de l’apparition du Slug Flow régime par le biais de la spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS) et de la modélisation analytique.

Livrables obtenus:

• Revue : Aubras, F., Rhandi, M., Deseure, J., Kadjo, A. J. J., Bessafi, M., Majasan, J., … & Chabriat, J. P. (2021). Dimensionless approach of a polymer electrolyte membrane water electrolysis: Advanced analytical modelling. Journal of Power Sources, 481, 228858.
• Conf internationale : Rhandi, M., Aubras, F., Kadjo, A. J. J., Druart, F., Grondin-Perez, B., & Deseure, J. (2019, September). Dimensionless approach of a pressurized proton exchange membrane water electrolysis. In 12th European Congress of Chemical Engineering, ECCE12 (pp. pp-1903).

[1] Dedigama, I., Angeli, P., van Dijk, N., Millichamp, J., Tsaoulidis, D., Shearing, P. R., & Brett, D. J. (2014). Current density mapping and optical flow visualisation of a polymer electrolyte membrane water electrolyser. Journal of Power Sources, 265, 97-103.

Partenariat avec les universitaires

Laboratoire LEPMI (Grenoble)

Laboratoire UCL (Londres)

Partenariat avec les acteurs du territoire

Le projet est cofinancé par le Sidélec

EDF-SEI

Partenaires financiers

Le projet SPACE est cofinancé par l’UE et la Région Réunion. 

Pr Brigitte Perez

brigitte.grondin@univ-reunion.fr

Dr Jean Jacques Kadjo

amangoua.kadjo@univ-reunion.fr

Dr Farid Aubras

farid.aubras@univ-reunion.fr

Publications dans des revues à comité de lecture :

1.  Aubras, F., Rhandi, M., Deseure, J., Kadjo, A. J. J., Bessafi, M., Majasan, J., … & Chabriat, J. P. (2021). Dimensionless approach of a polymer electrolyte membrane water electrolysis: Advanced analytical modelling. Journal of Power Sources, 481, 228858.
2. Aubras, F., Damour, C., Benne, M., Bessafi, M., Grondin-Perez, B., Kadjo, A. J. J., & Deseure, J. (2021). A Non-Intrusive Signal-Based Fault Diagnosis Method for Proton Exchange Membrane Water Electrolyzer Using Empirical Mode Decomposition. Energies, 14(15), 4458.

Communications Nationales et Internationales :

1. Rhandi, M., Aubras, F., Kadjo, A. J. J., Druart, F., Grondin-Perez, B., & Deseure, J. (2019, September). Dimensionless approach of a pressurized proton exchange membrane water electrolysis. In 12th European Congress of Chemical Engineering, ECCE12(pp. pp-1903).
2. Aubras F Lin-Kwong-Chon, C., Damour, C., Benne, M., Bessafi, M., Grondin-Perez, B., Deseure, J., & Kadjo, J. J. A. (2020, November). Empirical Mode Decomposition Applied to Proton Exchange Membrane Electrolyzer for Non-Intrusive Diagnosis. In ECS Meeting Abstracts(No. 53, p. 3762). IOP Publishing.
3. Méthode de diagnostic non intrusive appliquée aux électrolyseurs à membrane échangeuse de protons : Analyse entropique multi échelle, GDR HYSPAC.