Mise au point expérimentale de la spectroscopie d’impédance électrochimique par modulation de pression pour la caractérisation des phénomènes de transport dans une pile à combustible à membrane

Les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) ont principalement attiré l'attention du secteur des transports car elles promettent une option de combustible beaucoup plus propre que les combustibles fossiles. Pour l'industrie automobile, le fonctionnement des PEMFC à haute densité de courant est particulièrement intéressant car il permet d'obtenir une forte densité de puissance. À haute densité de courant, les performances des PEMFC sont régies par divers processus de transport couplés et peuvent décliner en raison de phénomènes de transport médiocres. Ces limitations des phénomènes de transport augmentent avec le vieillissement de l'ensemble membrane-électrode (MEA) et posent des problèmes tels qu'un contrôle accru de la diffusion de l'oxygène en raison des risques de noyage et de répartition inégale des gaz. L'EIS est une technique d'analyse de réponse en fréquence (FRA) qui utilise des fonctions de transfert entre des variables électriques pour étudier la dynamique du système généralement dans la plage de 10 kHz à 100 mHz. L'EIS peut être utilisé pour découpler certaines pertes de performances telles que les pertes ohmiques, le transfert de charge et les pertes cinétiques à des fréquences élevées et modérées afin d'identifier la source de dégradation et, dans une certaine mesure, les limitations de transport de masse dans la région des basses fréquences. Cependant, les processus de transport de masse (tels que le transport de gaz et le transport d'eau liquide) ont des constantes de temps d'un ordre de grandeur comparable (plus d'une seconde), et l'utilisation de variables électriques pour les analyser peut conduire à l'observation de processus couplés ou combinés. Par conséquent, l'analyse spectrale d'une réponse EIS peut conduire à un découplage et à une interprétation médiocres des processus de transport, entraînant des conclusions trompeuses sur les limitations de performances en raison de phénomènes de transport médiocres. Ce travail est dédié au développement expérimental et à la validation d'une telle technique de diagnostic appelée spectroscopie d'impédance de pression électrochimique (EPIS), qui utilise la pression du gaz comme variable non électrique. Dans ce travail, la fonction de transfert entre la contre-pression cathodique et la tension de la pile a été analysée à une densité de courant constante pour caractériser les processus de transport dans la pile à combustible. L'EPIS a été réalisé en appliquant des fluctuations d