Soutenance de thèse : Imen ELFERJANI

De la réactivité des plaques bipolaires métalliques à la dégradation de la membrane: Modélisation couplée du vieillissement des piles à combustible.

Doctorant : Imen ELFERJANI

Laboratoire INSA : MATEIS

Ecole doctorale : ED34 : Matériaux de Lyon

Le principal frein au développement à grande échelle des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) réside dans l’existence de nombreux mécanismes de dégradation qui peuvent survenir sur un ou plusieurs compartiments de la cellule. Dans ce contexte, cette thèse se propose d’étudier et de modéliser le couplage et l’interdépendance entre la corrosion des plaques bipolaires (PBs) métalliques et la dégradation chimique de la membrane lors du fonctionnement d’une PEMFC. En effet, les ions produits par la corrosion des PBs peuvent participer aux mécanismes de dégradation de la membrane et les produits de dégradation de la membrane, notamment les ions fluorure, peuvent accélérer les phénomènes de corrosion localisée. Une étude expérimentale paramétrique de la corrosion des BPs a été réalisée dans différentes conditions simulant le milieu pile. Les paramètres principaux qui ont été étudiés sont la température, les concentrations en espèces ioniques et le pH. L’ensemble de ces  résultats a été intégré dans une cartographie réalisée sous Matlab® permettant ensuite de déterminer des courants de corrosion et une quantité d’ions ferreux relâchés. Ensuite, les effets de ces ions ferreux sur la dégradation chimique de la membrane par le mécanisme de Fenton ont été modélisés dans le code MePHYSTO (plateforme MUSES un simulateur de performance PEMFC) sous la plateforme Matlab/Simulink®. Ces résultats ont été comparés avec des essais ex-situ de dégradation de membranes et ont montrés la nécessité de prendre en compte dans la modélisation le transport des espèces ioniques à travers la cellule. Ainsi, après intégration dans le modèle des phénomènes de  corrosion, du transport ionique et de la dégradation chimique, des simulations numériques ont été réalisées en considérant un cycle NEDC (New European Driving Cycles) et ont bien démontré l’intérêt de prendre en considération les effets de couplage pour la prédiction et la quantification de la dégradation de la PEMFC.