Impact des extractibles sur la durabilité des piles à combustible

Impact of extractables on the durability of fuel cells

• Auteur / Autrice : Louis Genain
• Direction : Nathalie Delaunay
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Chimie Analytique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Chimie Biologie et Innovation
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire Sciences Analytiques, Bioanalytiques et Miniaturisation (LSABM)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (PSL)

Mots clés

Mots clés libres

Mobilité durable

Chimie analytique

Polymères

Matériaux

Pile à combustible à hydrogène

Sustainable mobility

Analytical chemistry

Polymers

Materials

Hydrogen fuel cells

Résumé

Pour répondre à l'urgence climatique, l'électrification des véhicules est croissante. En complément des véhicules entièrement électriques, une stratégie consiste à développer des véhicules électriques intégrant des piles à combustible alimentées par de l'hydrogène embarqué dans le véhicule. Une pile à combustible est composée d'un assemblage de cellules électrochimiques, appelé stack, qui à partir d'hydrogène et de l'oxygène de l'air, fournit de l'électricité. Pour fonctionner, le stack a besoin d'auxiliaires, dont un système d'alimentation en air, en hydrogène et un système de refroidissement. Le système de refroidissement de ces piles est constitué de différents organes métalliques, thermoplastiques et élastomères. Le fluide caloporteur circulant dans le circuit de refroidissement est un liquide constitué d'eau ultra pure, de glycol de haute pureté et de divers additifs présentant la particularité de ne pas augmenter la conductivité électrique. Pour assurer le bon fonctionnement de la pile à combustible, il est primordial que le fluide de refroidissement ne soit pas contaminé par des éléments extérieurs tels que des oligomères ou des additifs de formulation habituellement utilisés dans les thermoplastiques et les élastomères. Ils pourraient en effet augmenter la conductivité électrique du fluide ou contaminer les organes de la pile à combustible, ce qui nuirait au rendement de la pile ainsi qu'à sa durabilité. L'empoisonnement du stack peut également provenir d'une pollution en provenance du circuit d'air ou d'hydrogène si le matériau des conduits relargue des composés. Le travail de recherche consistera donc à développer des méthodes d'extraction, de séparation et de détection pertinentes à cette problématique pour identifier et quantifier les contaminants soit présents dans le fluide de refroidissement soit pouvant être relargués par les conduits où circulent les différents fluides (refroidissement, air ou hydrogène). Ensuite, dans une deuxième phase, il s'agira d'étudier les effets potentiels de ces composés sur les piles à combustible à hydrogène. Ce projet repose sur une collaboration entre le Laboratoire de Sciences Analytiques, Bioanalytiques et Miniaturisation de l'ESPCI et la société Renault.

In order to respond to the current climate urgency, the number of electric vehicles is rising. In addition, a new strategy consists of developing electric vehicles with integrated fuel cells supplied by hydrogen inside of the vehicle. A fuel cell is made up of electrochemical cells, or stack, which provide electricity thanks to hydrogen, oxygen, and air. For it to function, the stack needs auxiliaries, including a supply system of air, hydrogen, as well as a cooling system. This cooling system is composed of different metal parts, thermoplastics, and elastomers. The coolant circulating in the cooling system is a liquid composed of ultra pure water, high purity glycols and other additives that keep the electrical conductivity from increasing. In order for the fuel cell to work properly, it is vital that the coolant must not be contaminated with exterior elements like oligomers or fomulation additives usually used in thermoplastics and elastomers. They can in fact increase the electrical conductivity of the coolant or contaminate the metal parts of the fuel cells, which would affect the battery's efficiency and thus its durability. The poisoning of the stack can also come from pollution of the airway or hydrogen if the materials release any compounds. The research will consist in developing extraction, separation, and detection methods related to this problem to identify and quantify pollutants present in the coolant or released by the pipes where different fluids flow (coolant, air, or hydrogen). Afterwards, the goal is to study the potential effects of the compounds on the hydrogen fuel cells. The project will be carried out by the ''Laboratoire de Sciences Analytiques, Bioanalytiques et Miniaturisation'' at ESPCI and Renault, the company.