Etudes expérimentales et par modélisation pour comprendre la dégradation des couches actives des piles à combustible de type PEM – MAFALDA

La durabilité des assemblages membrane-électrodes dans les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) actuelles est un des principaux facteurs limitant le développement et la commercialisation de cette technologie à grande échelle. La durée de vie typique des PEMFC est de l'ordre de 300-500 heures sous des conditions de fonctionnement représentives de l'application automobile. Pour cette application, 3000 à 5000 heures de fonctionnement au moins sont requises et jusqu'à 40000 heures pour les applications stationnaires.
Dans ce contexte, le projet MAFALDA propose une approche couplant expériences et modélisation centrée sur la compréhension et l'amélioration des performances et de la durabilité des piles à combustible. Le développement d'un outil théorique est essentiel pour les industriels et la communauté scientifique afin d'évaluer la dégradation des AME et prédire leur durée de vie en fonction de leurs propriétés et des conditions de fonctionnement.
Du fait d'un fort couplage entre les différents phénomènes physicochimiques, l'interprétation des observations expérimentales est difficile, et l'analyse par la modélisation devient cruciale pour élucider la dégradation des assemblages membrane-électrodes et les mécanismes associés.

Dans ce cadre, le projet est constitué de deux parties principales:
-La première est dédiée aux expériences de veillissement sur banc d'essais. Quelques expériences électrochimiques ex-situ seront aussi réalisées pour se concentrer sur certains mécanismes responsables de la dégradation. Les objectifs de cette tache sont l'établissement d'une base de données solide grace à un plan d'expériences adapté.
- Dans la seconde partie, le modèle multi-échelle global sera développé sur la base d'un modèle existant au CEA. Pour les paramètres dont les valeurs ne sont pas toujours accessibles expérimentalement, DLR, ENSL et Ulm utiliseront des outils théoriques spécifiques pour fournir des données particulières au modèle global. Les études expérimentales et par modélisation concerneront à la fois des AME du laboratoire et commerciaux. Les AME du laboratoire offrent la possibilité de controler complétement tous les paramètres des composants. Ceci permettra de valider le modèle sur une large gamme de conditions de fabrication et de fonctionnement. Puis, le modèle sera appliqué aux AME commerciaux dans les conditions représentatives de l'application automobile.

Le partenariat du projet MAFALDA est basé sur une collaboration scientifique et technique étroite entre des laboratoires et instituts de recherche français et allemands (CEA, DLR, ENSL, Ulm) et un industriel (PSA).