Dimensionnement et conception de la pile GENEPAC
Pile à combustible GENEPAC

2.1 Démarche de conception

La conception d’une pile à combustible paraît simple au premier abord. Elle correspond à un empilement avec alternance d’AME et de plaques bipolaires.

Toutefois, la problématique de conception et de réalisation d’une pile à combustible répondant à des critères de haut rendement, de forte compacité et de faible masse est complexe car les compétences mises en œuvres sont multiples. Il faut donc rechercher des solutions de compromis répondant aux exigences des différents domaines, soit :

• électrochimie : base de la réaction produisant simultanément de l’eau, de la chaleur et le courant électrique. Il permet de définir les paramètres de fonctionnement (débits et pressions des fluides, composition des gaz et température) et géométrique (nombre et surface active des cellules) ;

• hydraulique : pour la définition des circuits fluides permettant d’apporter les réactifs carburant et comburant au droit des sites catalytiques réactionnels et d’évacuer les sous-produits. Le développement d’outils de calcul spécifiques peut s’avérer nécessaire pour définir la géométrie des canaux et des distributeurs des plaques bipolaires. Il s’ensuit une validation expérimentale par la mesure de perte de charge ou la visualisation de flux mono et diphasiques ;

• thermique : pour la définition du circuit de refroidissement. L’optimisation de ce circuit est particulièrement importante en particulier pour garantir un fonctionnement optimal ainsi qu’une durée de vie satisfaisante à la pile. Il convient de simuler les échanges thermiques dans une plaque bipolaire pour assurer la plus grande homogénéité puis de valider expérimentalement le design de l’échangeur de chaleur par la mesure de perte de charge, de l’homogénéité des vitesses des fluides et la détection de points chauds ;

• électrique : les électrons produits se doivent d’être véhiculés au travers des plaques bipolaires avec une très bonne répartition surfacique et une résistance interne faible ;

• mécanique : pour maîtriser les efforts d’assemblage des plaques bipolaires et des AME afin de garantir, d’une part, une homogénéité des pressions de contact dans la zone active pour assurer un bon contact électrique sans altérer...