Diagnostic des piles à combustible PEMFC par la mesure des bruits électrochimiques : application à la gestion de l'eau

PEMFC fuel cell diagnostic by electrochemical noise analysis: apply to water management

• Auteur / Autrice : Radouane Maizia
• Direction : Sergueï Martemianov, Abdelhafid Dib
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Énergétique
• Date : Soutenance en 2018
• Etablissement(s) : Poitiers en cotutelle avec Université Abderrahmane Mira - Bejaïa (Bejaïa, Algérie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie des matériaux, mécanique, énergétique et aéronautique (Poitiers ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pôle poitevin de recherche pour l'ingénieur en mécanique, matériaux et énergétique - PPRIMME (Poitiers)
• Partenaire(s) de recherche : faculte : École nationale supérieure d'ingénieurs (Poitiers ; 1984-....)
• Jury : Président / Présidente : Boualem Saidani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sergueï Martemianov, Abdelhafid Dib, François Huet, Anthony Thomas, Hakim Lounici
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Hissel, Mohammed Hamour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Piles à combustible à membrane échangeuse de protons

Spectroscopie

Mots clés libres

Bruit électrochimique

Analyse spectrale

Analyse statistique

Gestion de l'eau

Diagnostic

Pemfc

Electrochemical noise

Spectral analysis

Statistical analysis

Water management

Diagnosis

Pemfc

Résumé

Cette thèse s’inscrit dans une démarche d’optimisation des performances de la PEMFC, à travers le développement d’outils de diagnostic dédiés à la gestion de l’eau. Celle-ci est un des éléments clé de l’augmentation des performances et de la durée de vie des piles à combustible. La technique du bruit électrochimique a été utilisée pour détecter des phénomènes liés au comportement de l’eau lors du fonctionnement de la pile dans différentes conditions opératoires (humidité relative des gaz, température et courant). Le bruit électrochimique enregistré pendant ces expériences a été associé à des mécanismes source grâce à une démarche expérimentale appropriée et à un traitement de signal basé sur l’analyse fréquentielle et temporelle. Les résultats de l’analyse spectrale et statistique ont permis de décrire l’état de santé de la pile à combustible (assèchement et noyage), par la génération des descripteurs dans le domaine fréquentiel et temporel, signatures de chaque état de fonctionnement de la pile à combustible. Enfin, de manière à compléter l’approche effectuée sur la détection de l’assèchement de la membrane et le noyage de la cellule par l’étude des bruits électrochimiques, des capteurs de mesure de pression en amont de la cellule de PEMFC ont été utilisées et comparer au signaux de tension pour détecter le phénomène de noyage d’une mono-cellule de PEMFC.

This thesis deals to optimize the performance of the PEMFC, through the development of diagnostic tools dedicated to water management. This water management is one of the key elements to increase the performance and life of fuel cells. The electrochemical noise technique was used to detect the phenomena related to the water behavior during the operation of the cell, under different operating conditions (relative humidity of the gases, temperature and current). The electrochemical noise recorded during these experiments was associated with mechanisms through an appropriate experimental approach and signal processing based on frequency and time analysis. The results of spectral and statistical analysis made it possible to describe the state of health of fuel cell (drying and flooding), by the generation of the descriptors in the frequency and time domain, signatures of each operating state of the fuel cell. Finally, in order to complete, the approach carried out on detecting the drying of the membrane and flooding of the cell by electrochemical noise analysis, the pressure measurement was combined with voltage signals, to detect the flooding phenomena of fuel cell.