Étude des interactions pile/système en vue de l'optimisation d'un générateur pile à combustible : -interactions cœur de pile/compresseur- -interactions cœur de pile/convertisseur

Fuel cell PEMFC is an energy converter with sustainable advantages to participate of the zero carbon gas emission technologies through the free carbon energies. The ancillaries of the fuel cell system generate some perturbations which are directly or indirectly responsible for bad local conditions inside fuel cell. Performances and durability can be impacted. To optimize both the fuel cell and its system, interactions between two sub-systems and the fuel cell are studied : interactions between air group and fuel cell. Combining experimental (current density measurement, durability tests, post mortem analysis) and modelling studies (2D dynamic fuel cell stack model), PEMFC stack and MEA performance and degradation have been studied regarding oxygen starvation impacts. At the cathode air inlet, current density becomes high during oxygen starvation and the local conditions are changed. Durability can be highly impacted. interactions between static converter and the fuel cell. The consequences on high frequency ripple current on performances and durability have been studied. Specific durability tests show an interaction between high frequency ripple current and reversible degradations on MEA.; La pile à combustible PEMFC est un convertisseur d'énergie qui présente des avantages indéniables pour faire partie des solutions mises en œuvre pour assurer un mixte énergétique décarbonné. Les nombreux auxiliaires du système de la pile génèrent des perturbations qui sont responsables directement ou indirectement des conditions défavorables sur le cœur de pile. Les performances et durée de vie de la pile peuvent être impactées. Dans l'objectif d'améliorer la co-conception de la pile avec son système, les interactions entre deux groupes du système et la pile sont étudiées dans ce travail : les interactions entre le groupe air et le cœur de pile. En particulier, l'étude s'est focalisée sur l'impact d'un fonctionnement en sous stœchiométrie en oxygène sur la performance et la durabilité de la pile et sur l'évolution des conditions locales du cœur de pile. Le couplage des différents essais expérimentaux (mesures de densité de courant, tests de vieillissement, études post-mortem) avec le modèle dynamique 2D a permis de mettre en évidence différentes zones de fonctionnement dans la pile. En effet, en entrée cathodique, durant un appauvrissement en oxygène, l'augmentation de la densité de courant peut devenir très importante impliquant une modification des conditions locales qui peuvent être très néfastes pour la pile. les interactions entre le convertisseur statique électrique et le cœur de pile. Plus particulièrement, les conséquences des oscillations de courant hautes fréquences générées par le convertisseur DC/DC sur la durabilité de la pile ont été étudiées. Des essais spécifiques de vieillissement longue durée ont permis de mettre en évidence une interaction entre les oscillations de courant et les dégradations réversibles de la pile.