Conférence : De la molécule à l'électron : Principes et enjeux de la pile à combustible Hydrogène French

  • 20 avril 2022
  • En distanciel
  • Réservé aux membres et à tous les collaborateurs des entreprises partenaires

Retour sur la conférence

De nombreux progrès, relatifs au coût et au rendement de la pile, à l'adéquation piles/batteries et à l'intégration des composants dans le véhicule, sont attendus sur les piles à combustible.

 



Conférenciers :

Marielle MARCHAND - Expert Hydrogène - Renault Group
Jules SERY - Chargé de Recherche et d’Innovation - IFP Energies Nouvelles
Christophe VACQUIER - Fuel cell senior expert and partnerships – Research & Innovation -

 

Une pile à combustible transforme en électricité une énergie chimique contenue dans l'hydrogène et l'oxygène grâce à une double réaction spontanée créée dans un ensemble de membranes nommé MEA (Membrane Electrode Assembly) et constituée de deux électrodes séparées par un électrolyte. L'hydrogène se décompose en proton et électron dans l'anode, les protons traversent la membrane électrolytique pour atteindre la cathode alors que les électrons circulent via un circuit extérieur et créent le courant électrique. Dans la cathode, l’oxygène subit une réduction et réagit avec les protons et les électrons pour former de l’eau.

 

Entre chaque MEA, des plaques bipolaires (BPP – Bipolar plates) conduisent l’hydrogène et l’air vers des médias poreux et permettent également le maintien des éléments à environ 80 °C par échange de chaleur. Chaque cellule produit 200 à 300 W et l'empilage de 330 à 500 cellules permet ainsi d’obtenir une pile de 100 kW. À chaque extrémité de l'empilage, deux collecteurs récupèrent le courant et forment les bornes positive et négative.

 

Une pile à combustible peut fournir environ jusqu’à un peu plus de 2 A/cm2 de membrane active sous 0,7 V et 1,7 W/cm2. À l'opposé d'un moteur thermique, le rendement d’un stack baisse avec l'augmentation de charge, passant de 68 % avec un faible ampérage à 51 % à puissance maxi. Un stack doit cependant alimenter de nombreux accessoires afin de fonctionner, ce qui réduit son rendement final de 2 à 7 % selon la charge.

 

Un véhicule à pile à combustible est équipé d'un moyen de stockage d'hydrogène, d'une batterie, d’un ou plusieurs groupes motopropulseurs électriques et de convertisseurs DC/DC harmonisant la tension sur le réseau. Trois dimensionnements de puissance de pile à combustible et de capacité de batterie sont à considérer : le prolongateur d'autonomie comme sur le Renault Kangoo Z.E. Hydrogen de 5 kW / 33 kWh ; le Mid-power comme le Renault-Hyvia Master Hydrogen de 30 kW / 33 kWh ; et le Full-power similaire à la Toyota Mirai Génération 2 de 128 kW / 1,2 kWh.

 

Les clés du succès des véhicules à pile à combustible dépendent du déploiement d'un réseau de distribution et du coût de l'hydrogène. Des progrès sont par ailleurs attendus pour ce qui concerne le coût de la pile à combustible, mais aussi son refroidissement par une augmentation de la température de fonctionnement, et enfin l’intégration des composants dans un véhicule.

 

TELECHARGER la présentation (réservée aux membres SIA)

Présentation

Les enjeux environnementaux sont traduits par des réglementations qui poussent les constructeurs automobiles vers des systèmes de propulsion zéro émission. La volonté politique de transition énergétique encourage le déploiement de l’électricité renouvelable intermittente qui nécessite de nouveaux modes de stockage tels que l’hydrogène pour la stabilité des réseaux. Dans ce nouveau contexte, la pile à hydrogène est une des solutions pour les véhicules à usages intensifs nécessitant de grandes autonomies et des temps de recharge réduits en regard de l’alternative à batterie. Après de nombreuses expérimentations depuis plus de 20 ans, cette technologie est maintenant prête à relever les défis d’un déploiement permettant d’atteindre les objectifs de la mobilité zéro émission.

Nous rappellerons les principes physiques en jeu et décrirons la constitution, le fonctionnement et la performance des cellules PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) et du stack. Nous détaillerons comment le système pile complet et son pilotage permettent d’obtenir les meilleurs compromis de prestations (performance, consommation, durée de vie, …).

L’intégration dans le véhicule, les solutions de dimensionnement et les différentes stratégies d’hybridation du couple pile/batterie seront débattues. Par ailleurs, l’adéquation à différents types d’usage sera illustrée.

Enfin, nous élargirons sur la pertinence de cette solution technique vis-à-vis de technologies alternatives au regard des problématiques environnementales et économiques.

ConférencierS

Marielle MARCHAND - Expert Hydrogène - Renault Group
Jules SERY - Chargé de Recherche et d’Innovation - IFP Energies Nouvelles
Christophe VACQUIER - Fuel cell senior expert and partnerships – Research & Innovation - Symbio

 

DEROULEMENT DE LA SEANCE

La conférence se déroulera en distanciel et aura lieu de 18h à 19h30.

Les informations de connexion seront envoyées aux inscrits la veille de la conférence.

Attention : nos conférences NE SONT PAS disponibles en replay.