Pile à combustible et technologies hydrogène

L’équipe « Pile à combustible et technologies hydrogène » développe une expertise dans la caractérisation fine des performances et des mécanismes de dégradation des systèmes électrochimiques, en particulier des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC).

Ses travaux visent à établir des liens entre les performances des systèmes et les phénomènes couplés de transfert de charges et de matière. Cette approche repose notamment sur l’utilisation de cellules instrumentées et segmentées, ainsi que sur des compétences en modélisation et en spectroscopie d’impédance électrochimique (EIS).

Les activités de recherche s’articulent autour de trois axes complémentaires :

• L’analyse du fonctionnement des systèmes électrochimiques, principalement à l’échelle de la cellule élémentaire, grâce à des dispositifs expérimentaux instrumentés et segmentés

• L’étude des phénomènes de transport de charges et de matière au sein des composants et des assemblages membrane-électrodes (AME) Associant expérimentation et modélisation, ces travaux permettent d’évaluer l’influence de ces phénomènes sur les performances électriques, le vieillissement des composants et la durabilité des cellules

• La caractérisation des membranes et des assemblages membrane-électrodes, de leur structure à leurs propriétés fonctionnelles. Plusieurs techniques sont mobilisées, notamment la résonance magnétique nucléaire (RMN), les spectroscopies UV, IR et micro-IR, la sorption dynamique de vapeur (DVS) et l’analyse des ions fluorure, afin d’étudier les mécanismes de dégradation et leurs conséquences sur le fonctionnement des systèmes

Ces recherches s’inscrivent en complémentarité des activités menées par les acteurs académiques et industriels spécialisés dans le développement des matériaux, ainsi que dans la gestion et le diagnostic des assemblages de cellules (stacks) et des systèmes complets. Elles contribuent à un objectif commun d’amélioration des performances et de la durabilité des technologies électrochimiques.

Les travaux concernent principalement les convertisseurs électrochimiques fonctionnant à basse et moyenne température, notamment les piles à combustible PEMFC. Ils s’étendent également à des technologies connexes de stockage de l’énergie, telles que les supercondensateurs et les batteries. À l’échelle des systèmes, les recherches portent notamment sur l’hybridation des piles à combustible avec des supercondensateurs et sur la gestion électrique de ces dispositifs.

Quelle que soit l’application étudiée, l’approche scientifique consiste à relier les phénomènes physico-électrochimiques observés à l’échelle des matériaux aux performances mesurées à celle du dispositif. Elle repose sur le développement conjoint de techniques expérimentales avancées et de modèles physiques permettant d’interpréter les résultats et de mieux comprendre le fonctionnement des systèmes.