Soutenance de thèse de M Timothée Drugeot

Abstract :

La pile à combustible à membrane échangeuse de protons est une technologie « bas carbone » prometteuse pour alimenter les véhicules électriques. Cependant, les phases d’arrêt et de démarrage ont été identifiées comme critiques car l'existence d'un front H₂|Air transitoire du côté anodique provoque la circulation de courants internes causant de fortes réactions de dégradation au sein de la couche catalytique cathodique. Les performances et in fine la durée de vie de la pile sont ainsi fortement altérées. Bien que ces mécanismes de dégradation ont été étudiés à petite échelle mais la mise en œuvre de stratégies d'atténuation à l’échelle pile/système demeure insuffisante pour répondre aux exigences de durée de vie. Cette thèse s’intéresse donc à comprendre les mécanismes de dégradations et à quantifier les pertes de performances à l’échelle représentative d’un design de cellule, à l’état de l’art, en fonction des conditions d’arrêt et de démarrage. Ceci passe donc par :

• Le développement de tests de vieillissement accéléré émulant un profil réaliste du potentiel cathodique lors de la phase de démarrage en mono-cellule de 100 cm² avec un design fluidique et un cœur de pile, à l’état de l’art. Une étude de sensibilité a été réalisée pour évaluer l'impact respectif du potentiel maximal atteint, de la durée du front, de l'humidité du gaz et de la température sur les pertes de performances. Des analyses post-mortem ont également été menées pour caractériser finement l'évolution des propriétés physico-chimiques et électrochimiques de la couche active en lien avec les mécanismes de dégradation.
• La transposition des stratégies d'atténuation par dérivation de courant à l'échelle de l’empilement de puissance. Pour cela, une série de tests a été développée afin de reproduire la phase de démarrage pour comparer deux architectures électriques : la connexion de résistance de fuite pour l'ensemble de la pile ou pour chaque cellule individuellement. Des mesures locales de densité de courant ont été effectuées simultanément pour accéder au fonctionnement interne local des cellules et ainsi comprendre les différences en termes de protection de ces architectures par rapport au cas de référence sans dérivation.

devant le jury composé de :


Nadia YOUSFI-STEINER Professeure des Universités – Université Bourgogne Franche-Comté – Rapporteure
Gaël MARANZANA Professeur des Universités - Université de Lorraine – Rapporteur
Bruno AUVITY Professeur des Universités – Université de Nantes – Examinateur
Marian CHATENET Professeur des Universités – Université Grenoble Alpes – Examinateur
Yann BULTEL Professeur des universités – Université Grenoble Alpes – Directeur de Thèse
Eric PINTON Ingénieur de recherche – CEA Grenoble Liten – Invité (co-encadrant)
Fabrice MICOUD Ingénieur de recherche – CEA Grenoble Liten – Invité (co-encadrant)