Au sein du vecteur d’énergie hydrogène, un système électrolyseur converti une source électrique décarboné en hydrogène et en oxygène, ces gazs sont ensuite comprimés et stockés, puis un système pile à combustible recombine ces éléments pour fournir un courant électrique au moment voulu. Le système PAC-R permet ici un gain économique à l’achat, mais également un plus faible encombrement par rapport à la mise en place de deux systèmes discrets, ce qui le rend idéal dans des applications insulaires.
Toutefois, plusieurs verrous technologiques entravent le système PAC-R unifié, principalement la faible performance par rapport aux systèmes discrets, une faible durabilité face aux corrosions et enfin une fiabilité de fonctionnement à améliorer. Et, ce projet cherche à répondre à ces axes de recherches par le biais de 3 actions.
Action 1 : Étude théorique
L’objectif de cette première action est le développement d’un premier prototype de PAC-R innovant et l’optimisation de la conception des cellules à partir notamment de la simulation du modèle sous le logiciel Comsol Multiphysics®.
Les simulations des PAC-R sous l’environnement du logiciel Comsol Multiphysics® vont permettre de comprendre et de caractériser les différents régimes d’écoulement de bulles d’oxygènes. Il est essentiel de modéliser le comportement fluidique bi-phasique à l’intérieur de la cellule ainsi que le mécanisme de formation des bulles pour optimiser la conception des PAC-R. Une fois l’optimisation multiphysique réalisée, une optimisation mécanique permettra de réaliser plusieurs maquettes. Ces plans optimisés seront ensuite employés pour l’usinage des prototypes.
Action 2 : Mise en place d’un banc d’essai et conception d’une cellule de PAC-R
L’objectif de cette action est de dimensionner, installer et mettre en service un banc de tests pour les prototypes de Piles à Combustible Réversible (PAC-R). Il s’agit d’un composant essentiel en vue de la conception, réalisation et validation expérimentale du modèle développé.
Le dimensionnement d’un banc d’essai est une étape primordiale dans la mise en place du dispositif expérimental de caractérisation des PAC-R. Le système de tests pour PAC-R qui sera installé au laboratoire sera entièrement automatisé offrant de nombreuses possibilités de diagnostic système, d’acquisitions de données (consignes et mesures), de conditions opératoires, mais aussi de sécurité et de fonctions d’alarme.
En outre, il permettra de programmer des protocoles de tests, de générer des séquences spécifiques, tels que :
- Démarrage et arrêt
- Profils de durabilité
- Courbes de polarisation
- Tests de diagnostiques, comme les analyses d’impédance ou voltamétrie/cyclique à balayage linéaire
- Cycles de charge dynamique
- Visualisation des régimes de bulle via un système de caméra externe
Des bases de données expérimentales relatives au fonctionnement du système PAC-R seront réalisées sur ce banc de tests. Ces bases de données seront réalisées à partir d’un plan d’expériences strict qui prendra en considération l’ensemble des conditions opératoires de fonctionnement.
Action 3 : Expérimentations
L’objectif de l’action 3 sera d’effectuer des tests en temps réel de la cellule conçue et optimisée. La fiabilité de fonctionnement, la durée de vie et les performances des prototypes seront éprouvées.
Pour cela, les expérimentations consisteront en des cycles de fonctionnement mettant en oeuvre des situations où les chambres électrolyseurs et pile à combustible seront sollicités de manière séquencée.
Le projet SysPàCRevers (Innovations et preuve de concept pour la conversion et la production de l’énergie électrique solaire stockée via le vecteur Hydrogène : Système Pile à Combustible Réversible) propose la conception, l’optimisation et le test en temps réel d’un nouveau concept de PàC réversible à 3 chambres pouvant réaliser les fonctions d’électrolyseur ou de Pile à combustible.
