EP3005453A1 - Procédé de maintien des performances d'un système à pile à combustible, et circuit gaz d'une pile à combustible - Google Patents

Procédé de maintien des performances d'un système à pile à combustible, et circuit gaz d'une pile à combustible

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EP3005453A1
EP3005453A1 EP14726372.7A EP14726372A EP3005453A1 EP 3005453 A1 EP3005453 A1 EP 3005453A1 EP 14726372 A EP14726372 A EP 14726372A EP 3005453 A1 EP3005453 A1 EP 3005453A1
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EP
European Patent Office
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fuel cell
gas
circuit
fuel
cathode
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP14726372.7A
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German (de)
English (en)
Inventor
Vincent BRAILLARD
Gino Paganelli
Lionel FRAGNIERE
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Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Original Assignee
Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
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Filing date
Publication date
Application filed by Michelin Recherche et Technique SA Switzerland, Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA filed Critical Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01M8/04238—Depolarisation
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to fuel cells, particularly but not exclusively to electrolyte type fuel cells in the form of a polymer membrane (ie PEFC type for Polymer Electrolyte Fuel Cell). STATE OF THE ART
  • a fuel cell generally comprises the series combination of unitary elements, which each consist essentially of an anode and a cathode separated by a polymer membrane allowing the passage of ions from the anode to the cathode .
  • the fuel-fed anode for example hydrogen
  • the cathode fed with oxidant for example pure oxygen or contained in air
  • oxidant for example pure oxygen or contained in air
  • US Patent US6635369 discloses a solution making it possible to organize a regular shortage of oxygen at the cathode leading to the progressive degradation of the platinum is slowed down, which thus allows a maintenance of the performance of the battery over a longer period .
  • the short circuits made are possible only in the case of a small battery, for example of the order of one kilowatt. If we use a larger size battery, for example of the order of 50 kW, the current increase created by the circuit will be much stronger, and could degrade the system. In addition, it was found that the short circuit led not only to a reduction of platinum at the cathode, but also to corrosion at the anode, thus creating a risk of degradation. Finally, the use of the short circuit offers no controllable parameter, since the voltage drops induced depend solely on the battery and its operation at the time of the short circuit.
  • the object of the present invention of the present invention is to provide a method for maintaining the performance of a fuel cell without disrupting operation and without creating additional degradation.
  • the invention proposes a method for maintaining the performance of a polymer electrolyte membrane fuel cell, the fuel cell being installed in a system comprising a fuel gas supply circuit connecting a fuel gas tank to the fuel cell. anode of the fuel cell, and a combustion gas supply circuit connecting an oxidizing gas tank, or atmospheric air, the method comprising the following steps
  • the fuel cell is supplied with fuel gas and with oxidizing gas
  • the supply of oxidizing gas is resumed after a determined period of time and / or when the voltage at the terminals of the fuel cell reaches a predetermined level, the two preceding steps are periodically repeated as long as the fuel cell is in operation.
  • the gas supply is resumed after an interruption of a duration of three seconds. In another embodiment, the gas supply is resumed when the average cell voltage of the fuel cell becomes less than five hundred millivolts.
  • the repetition periodicity of the steps is set at five minutes.
  • this interruption consists in the opening of a valve located upstream of the cathode of the fuel cell and connecting the supply circuit of oxidizing gas to the ambient air,
  • the interruption consists of a momentary interruption of the operation of an air compressor located in the combustion gas supply circuit, and
  • the interruption consists of closing a valve located in the combustion gas supply circuit.
  • the invention also relates to the gas circuit of an ion exchange polymer membrane fuel cell, comprising
  • a fuel gas supply circuit (11) connecting a fuel gas tank to the anode of the fuel cell
  • a combustion gas supply circuit (12b) connecting an oxidizing gas tank, or atmospheric air, to the cathode of the fuel cell,
  • circuit further comprises means, installed on the supply circuit (12b) of oxidizing gas, able to periodically and momentarily interrupt the supply of oxygen to the cathode of the fuel cell.
  • the means to be interrupted comprise: an electro valve located upstream of the cathode on the combustion gas supply circuit, and connecting this circuit to atmospheric air,
  • Figure 1 is a diagram of a fuel cell according to the invention, supplied with pure oxygen;
  • Figure 2 shows the performance over time of a fuel cell implementing or not the invention.
  • FIG. 1 represents elements of the anode circuit useful for understanding the invention, although the subject of the present application relates essentially to the circuit cathode of a fuel cell.
  • the installation comprises a fuel supply circuit 11 fuel gas anode side.
  • a pure hydrogen HT tank H 2 is connected to the inlet of the anode circuit of the fuel cell 1b by means of a supply pipe which passes through a shut-off valve 1 10, then by a control valve pressure 117, then by an ejector 113, then by a supply channel 11A fuel gas leading to the anodes.
  • the hydrogen supply circuit 11 (the fuel) also comprises a recycling circuit 11R of hydrogen not consumed by the fuel cell, connected to the output of the anode circuit of the fuel cell 1b.
  • a water separator 114 is installed on the recycling circuit 11R.
  • the ejector 113 and a recirculation pump 115 ensure the recycling of the unconsumed hydrogen and the mixture with fresh hydrogen from the tank.
  • an additional accumulation chamber of fuel gas 116 disposed on the piping of the fuel supply circuit 11, between the shutoff valve 110 and a pressure regulating valve 1 17.
  • the chamber of additional accumulation is, in a preferred embodiment, placed where the pressure is highest in the supply circuit, so as to reduce the volume, or the same volume, so as to store a greater amount of hydrogen.
  • the additional accumulation chamber of fuel gas 116 could be disposed at any point of the fuel gas supply circuit, that is to say at any point between the shutoff valve 110 and the fuel cell lb, even on the recycling circuit 11R, or on the circuit between the water separator 114 and the ejector 113. However it is advantageous to place it at a point in the circuit where the pressure is higher so to reduce the volume.
  • the position upstream of the pressure regulating valve makes possible a controlled discharge of said accumulation chamber.
  • FIG. 1 It also shows a suction pump 119 and a shutoff valve 118 installed on a pipe leading to the atmosphere and connected to the recycle loop 11R of the fuel gas, preferably under the water separator 114.
  • the connection at this specific location, shown in Figure 1, allows by controlling the shutoff valve 118 to provide the triple function of water evacuation, purging, and suction of hydrogen.
  • this detail of embodiment is not limiting.
  • the line comprising the shutoff valve 118 could be connected to any location downstream of the pressure regulating valve 117.
  • the installation also comprises a supply circuit 12b in combustion gas on the cathodes side.
  • This circuit comprises an air compressor 125b serving in normal use to supply the atmospheric air fuel cell 126 by means of a supply pipe which passes through a shut-off valve 128, then via a supply channel 12A. oxidizing gas leading to the cathodes.
  • an oxygen tank would be located instead of the air inlet 126.
  • the air supply circuit 12b containing oxygen, also comprises a 12R recycling circuit of the oxygen not consumed by the fuel cell, connected to the output of the cathode circuit of the battery. fuel 1.
  • the recycling circuit 12Rb is directly connected to the supply channel 12A by a branch branch 123b downstream of the air compressor 125b.
  • a pressure regulating valve 122b makes it possible, in normal operation, to escape in continuously the depleted air towards the atmosphere. The degree of opening of this pressure regulating valve 122b is controlled to maintain the pressure at the desired value in the cathode circuit.
  • the recycling circuit In normal operation of the fuel cell, the recycling circuit is not used, the pump 125 is at a standstill, and no gas flows in the recycling circuit 12Rb which becomes virtually nonexistent. The entire gas not consumed by the cathode circuit is directed to the atmosphere through the pressure regulating valve 122b. In the case where the pump 125 does not naturally provide the anti-return function when it is stopped, a nonreturn valve must be provided on the recycling circuit 12Rb so as to guarantee the passage of the entire air supplied by the compressor to the cathode circuit of the fuel cell 1b.
  • the shutoff valve 128 isolates the cathode circuit of atmospheric air when the battery is stopped. This shutoff valve 128 can indifferently be placed upstream or downstream of the compressor.
  • an electro valve 129 is located upstream of the cathode in the combustion gas supply circuit.
  • This solenoid valve is intended to allow, periodically and very short, the atmosphere of the supply circuit, during a normal operation phase of the battery. Indeed, an opening of the valve 129 momentarily drifts much of the air, or oxygen, normally supplying the fuel cell. This bypass then causes a temporary underfeed, or shortage, of oxygen at the cathode of the fuel cell. This short oxygen shortage makes it possible to reverse the oxidation reaction of platinum with the cathode in a reduction reaction, and thus to regenerate the cathode.
  • the compressor 125b is activated and sends air, or oxygen, into the supply circuit 12b. Therefore, when opening the valve 129, the air in the circuit is at such a pressure that it will actually escape through the opening.
  • Figure 2 shows the performance of a fuel cell comprising 16 cells, for a duration of 4:30. This figure comprises three curves, respectively showing the current, the voltage and the average power of the cells of the stack. During the first two hours, the fuel cell operates according to a conventional method, not implementing the present invention. From time T + 2 hours, a method according to the invention is implemented.
  • This shortage of oxygen corresponds to the implementation of one of the alternatives of the invention, for example the opening of the solenoid valve 129 appearing in Figure 1.
  • This opening is, for example, controlled by the controller of the fuel cell, for a predetermined duration, for example three seconds. This control is performed by sending a periodic signal from the control to the solenoid valve. The opening of this valve, and the lack of oxygen, create a sudden voltage drop across the fuel cell.
  • the closing of the solenoid valve is controlled when the voltage at the terminals of the battery reaches a predetermined threshold, for example 500 mV.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de maintien des performances d'une pile à combustible (1) à membrane électrolyte polymère, la pile à combustible étant installée dans un système comprenant un circuit d'alimentation en gaz carburant (11) reliant un réservoir de gaz carburant (HT) à l'anode de la pile à combustible, et un circuit d'alimentation en gaz comburant (12b) reliant un réservoir de gaz comburant, ou l'air atmosphérique, le procédé comprenant les étapes suivantes : • - on alimente la pile à combustible en gaz carburant et en gaz comburant, • - lorsque la pile atteint un régime de fonctionnement où du courant est produit, on interrompt l'alimentation en gaz comburant à l'entrée de la pile à combustible côté cathode, • - on reprend l'alimentation en gaz comburant après une durée déterminée et/ou lorsque la tension aux bornes de la pile à combustible atteint un niveau prédéterminé, • - on répète périodiquement les deux étapes précédentes tant que la pile à combustible est en fonctionnement. L'invention concerne également un circuit gaz d'une pile à combustible.

Description

Procédé de maintien des performances d'un système à pile à combustible, et circuit gaz d'une pile à combustible
DOMAINE DE L'INVENTION
[001] La présente invention se rapporte aux piles à combustibles, en particulier mais non exclusivement aux piles à combustible du type à électrolyte sous la forme d'une membrane polymère (c'est à dire de type PEFC pour Polymer Electrolyte Fuel Cell). ETAT DE LA TECHNIQUE
[002] On sait que les piles à combustibles permettent la production directe d'énergie électrique par une réaction électrochimique d'oxydoréduction à partir d'un gaz carburant et d'un gaz comburant, sans passer par une conversion en énergie mécanique. Cette technologie semble prometteuse notamment pour des applications automobiles. Une pile à combustible comporte en général l'association en série d'éléments unitaires qui, chacun, sont constitués essentiellement d'une anode et d'une cathode séparées par une membrane polymère permettant le passage d'ions de l'anode à la cathode.
[003] Ainsi, l'anode alimentée en carburant, par exemple de l'hydrogène, est le siège d'une demi- réaction d'oxydation. Dans le même temps, la cathode alimentée en comburant, par exemple de l'oxygène pur ou contenu dans de l'air, est le siège d'une demi-réaction de réduction. Afin que ces deux demi-réactions soient possibles, il est nécessaire de charger l'anode et la cathode en catalyseur, à savoir un composé capable d'augmenter la vitesse de réaction, sans toutefois être lui-même consommé.
[004] Parmi les différents catalyseurs employés, on a constaté que les meilleures performances étaient obtenues en utilisant du platine, seul ou en alliage. Toutefois, l'utilisation du platine présente un inconvénient important, du fait de son oxydation progressive lorsqu'il est en présence d'oxygène. Ainsi, on a constaté que l'oxydation progressive du platine utilisé dans le catalyseur de la cathode conduisait à une baisse de performance se traduisant par une baisse de tension, et ce après seulement quelques dizaines de minutes de fonctionnement de la pile.
[005] On connaît, du brevet américain US6635369 une solution permettant d'organiser une pénurie régulière d'oxygène à la cathode conduisant la dégradation progressive du platine est ralentie, ce qui permet donc un maintien des performances de la pile sur une durée plus longue.
[006] Dans ce brevet, la pénurie d'oxygène est effectuée en court-circuitant la pile sur des périodes très courtes, ce qui conduit à des pics de courant. Par conséquent, le potentiel électrochimique de la cathode chute brusquement, et l'oxydation du platine ne s'effectue plus, puisque cette réaction nécessite la présence d'oxygène et un fort potentiel électrochimique. Ainsi, une remontée des performances a pu être constatée après chaque court-circuit effectué.
[007] Toutefois, une telle solution présente plusieurs inconvénients majeurs. En effet, les courts- circuits effectués ne sont possibles que dans le cas d'une pile de petite taille, par exemple de l'ordre du kilowatt. Si on utilise une pile de taille plus importante, par exemple de l'ordre de 50 kW, l'augmentation de courant créée par le circuit sera beaucoup plus forte, et risquerait de dégrader le système. En outre, on a constaté que le court-circuit conduisait non seulement à une réduction du platine au niveau de la cathode, mais également à une corrosion au niveau de l'anode, créant ainsi un risque de dégradation. Enfin, l'utilisation du court-circuit n'offre aucun paramètre contrôlable, puisque les chutes de tension induites dépendent uniquement de la pile et de son fonctionnement au moment du court-circuit.
[008] On a également envisagé, dans une autre solution, de soumettre régulièrement la pile à des cycles extinction/redémarrage tels que proposés dans la demande de brevet EP 2494642, qui consiste à éteindre la pile par pénurie d'oxygène. En effet, chaque cycle permettrait alors une réduction du platine, et ainsi un maintien des performances de la pile. Toutefois, cette solution n'est pas envisageable lorsque la pile est utilisée en continu, et que la production d'électricité ne peut être interrompue.
[009] Par conséquent, l'objectif de la présente invention de la présente invention est de proposer un procédé permettant de maintenir les performances d'une pile à combustible sans en perturber le fonctionnement et sans créer de dégradation annexes.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
[0010] L'invention propose un procédé de maintien des performances d'une pile à combustible à membrane électrolyte polymère, la pile à combustible étant installée dans un système comprenant un circuit d'alimentation en gaz carburant reliant un réservoir de gaz carburant à l'anode de la pile à combustible, et un circuit d'alimentation en gaz comburant reliant un réservoir de gaz comburant, ou l'air atmosphérique, le procédé comprenant les étapes suivantes
- on alimente la pile à combustible en gaz carburant et en gaz comburant,
lorsque la pile atteint un régime de fonctionnement où du courant est produit, on interrompt l'alimentation en gaz comburant à l'entrée de la pile à combustible côté cathode,
on reprend l'alimentation en gaz comburant après une durée déterminée et/ou lorsque la tension aux bornes de la pile à combustible atteint un niveau prédéterminé, on répète périodiquement les deux étapes précédentes tant que la pile à combustible est en fonctionnement.
[0011] Dans une réalisation avantageuse de l'invention, on reprend l'alimentation en gaz après une interruption d'une durée de trois secondes. Dans une autre réalisation, on reprend l'alimentation en gaz lorsque la tension moyenne des cellules de la pile à combustible devient inférieure à cinq cent millivolts.
[0012] Une ouverture assez courte permet de limiter la chute de tension pendant cette sous- alimentation temporaire. En effet, bien que la pile ne soit plus momentanément alimentée en air, l'effet fortement capacitif de la pile à combustible contribue à maintenir la tension à un niveau acceptable, sans perturber la production d'électricité.
[0013] Dans une autre réalisation avantageuse de l'invention, la périodicité de répétition des étapes est fixée à cinq minutes.
[0014] Concernant l'étape d'interruption de l'alimentation en gaz comburant, plusieurs modes de réalisation sont possibles :
Dans un premier mode de réalisation, cette interruption consiste en l'ouverture d'une vanne située en amont de la cathode de la pile à combustible et reliant le circuit d'alimentation en gaz comburant à l'air ambiant,
Dans un deuxième mode de réalisation, l'interruption consiste en une interruption momentanée du fonctionnement d'un compresseur d'air situé dans le circuit d'alimentation en gaz comburant, et
Dans un troisième mode de réalisation, l'interruption consiste en une fermeture d'une vanne située dans le circuit d'alimentation en gaz comburant.
[0015] L'invention concerne également le circuit gaz d'une pile à combustible à membrane polymère échangeuse d'ions, comprenant
un circuit d'alimentation (11) en gaz carburant reliant un réservoir de gaz carburant à l'anode de la pile à combustible,
un circuit d'alimentation (12b) en gaz comburant reliant un réservoir de gaz comburant, ou l'air atmosphérique, à la cathode de la pile à combustible,
caractérisé en ce que le circuit comprend en outre des moyens, installés sur le circuit d'alimentation (12b) en gaz comburant, aptes à interrompre périodiquement et momentanément l'alimentation en oxygène à la cathode de la pile à combustible.
[0016] Selon différents modes de réalisation de l'invention, les moyens à interrompre comprennent : une électro vanne située en amont de la cathode sur le circuit d'alimentation en gaz comburant, et reliant ce circuit à l'air atmosphérique,
un compresseur situé entre une entrée d'air atmosphérique et la cathode,
une vanne située dans le circuit d'alimentation en gaz comburant.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0017] La suite de la description permet de bien faire comprendre tous les aspects de l'invention au moyen des dessins joints dans lesquels :
- la figure 1 est un schéma d'une pile à combustible selon l'invention, alimentée en oxygène pur ; la figure 2 montre les performances au cours du temps d'une pile à combustible mettant en œuvre, ou non, l'invention.
DESCRIPTION DE MEILLEURS MODES DE REALISATION DE L'INVENTION
[0018] A la figure 1, on voit une pile à combustible lb du type à électrolyte sous la forme d'une membrane polymère (c'est à dire de type PEFC pour Polymer Electrolyte Fuel Cell ou PEM pour Proton Exchange Membrane). La pile à combustible lb est approvisionnée par deux gaz, à savoir le carburant (l'hydrogène stocké ou fabriqué à bord du véhicule) et le comburant (air ou l'oxygène pur) qui alimentent les électrodes des cellules électrochimiques. Une charge électrique 14 est branchée à la pile à combustible lb par une ligne électrique 10. La figure 1 représente des éléments du circuit anodique utiles à la compréhension de l'invention, bien que l'objet de la présente demande porte essentiellement sur le circuit cathodique d'une pile à combustible.
Description du circuit anodique :
[0019] L'installation comporte un circuit d'alimentation 11 en gaz carburant coté anode. On voit un réservoir HT d'hydrogène pur H2 relié à l'entrée du circuit anodique de la pile à combustible lb au moyen d'une canalisation d'alimentation qui passe par une vanne de coupure 1 10, puis par une vanne de régulation de pression 117, puis par un éjecteur 113, puis par un canal d'alimentation 11A en gaz carburant aboutissant aux anodes. Le circuit d'alimentation 11 en hydrogène (le carburant) comprend également un circuit de recyclage 11R de l'hydrogène non consommé par la pile à combustible, branché à la sortie du circuit anodique de la pile à combustible lb. Un séparateur d'eau 114 est installé sur le circuit de recyclage 11R. L'éjecteur 113 ainsi qu'une pompe de recirculation 115 assurent le recyclage de l'hydrogène non consommé et le mélange à l'hydrogène frais en provenance du réservoir.
[0020] On voit aussi une chambre d'accumulation additionnelle de gaz carburant 116 disposée sur la tuyauterie du circuit d'alimentation 11 en gaz carburant, entre la vanne de coupure 110 et une vanne de régulation de pression 1 17. La chambre d'accumulation additionnelle est, dans un mode préféré de réalisation, placée là où la pression est la plus élevée dans le circuit d'alimentation, de façon à en amoindrir le volume, ou à volume identique, de façon à stoker une plus grande quantité d'hydrogène. Notons que la chambre d'accumulation additionnelle de gaz carburant 116 pourrait être disposée à n'importe quel endroit du circuit d'alimentation en gaz carburant, c'est-à-dire à n'importe quel endroit entre la vanne de coupure 110 et la pile à combustible lb, même sur le circuit de recyclage 11R, ou sur le circuit entre le séparateur d'eau 114 et l'éjecteur 113. Cependant il est intéressant de la placer à un endroit du circuit où la pression est plus élevée afin d'en réduire le volume. D'autre part, la position en amont de la vanne de régulation de pression rend possible une décharge contrôlée de ladite chambre d'accumulation.
[0021] On voit également une pompe d'aspiration 119 et une vanne de coupure 118 installés sur une canalisation aboutissant à l'atmosphère et branchée sur la boucle de recyclage 11R du gaz carburant, de préférence sous le séparateur d'eau 114. Le branchement à cet endroit précis, montré à la figure 1 , permet en commandant la vanne de coupure 118 d'assurer la triple fonction d'évacuation de l'eau, de purge, et d'aspiration de l'hydrogène. Cependant, ce détail de réalisation n'est pas limitatif. Pour assurer la fonction d'aspiration de l'hydrogène, la canalisation comportant la vanne de coupure 118 pourrait être branchée à n'importe quel endroit en aval de la vanne de régulation de pression 117.
[0022] Description du circuit cathodique :
L'installation comporte également un circuit d'alimentation 12b en gaz comburant coté cathodes. Ce circuit comporte un compresseur d'air 125b servant en usage normal à alimenter la pile à combustible en air atmosphérique 126 au moyen d'une canalisation d'alimentation qui passe par une vanne de coupure 128, puis par un canal d'alimentation 12A en gaz comburant aboutissant aux cathodes. Il est à noter que la présente invention trouve aussi son application dans le cas d'une pile à combustible alimentée en oxygène pur. Dans ce cas, un réservoir d'oxygène serait situé en lieu et place de l'entrée d'air 126.
[0023] En outre, le circuit d'alimentation 12b en air, contenant l'oxygène, comprend également un circuit de recyclage 12R de l'oxygène non consommé par la pile à combustible, branché à la sortie du circuit cathodique de la pile à combustible 1. Le circuit de recyclage 12Rb est directement branché au canal d'alimentation 12A par un branchement 123b en dérivation en aval du compresseur d'air 125b. Une vanne régulatrice de pression 122b permet, en fonctionnement normal, de faire échapper en continu l'air appauvri vers l'atmosphère. Le degré d'ouverture de cette vanne régulatrice de pression 122b est contrôlé pour maintenir la pression à la valeur souhaitée dans le circuit cathodique.
[0024] En fonctionnement normal de la pile à combustible, le circuit de recyclage n'est pas utilisé, la pompe 125 est à l'arrêt, et aucun gaz ne circule dans le circuit de recyclage 12Rb qui devient virtuellement inexistant. La totalité du gaz non consommé par le circuit cathodique est dirigé vers l'atmosphère à travers la vanne régulatrice de pression 122b. Dans le cas où la pompe 125 n'assure pas naturellement la fonction d' anti-retour lorsqu'elle est arrêtée, il faut prévoir un clapet anti-retour sur le circuit de recyclage 12Rb de façon à garantir le passage de la totalité de l'air fourni par le compresseur vers le circuit cathodique de la pile à combustible lb.
[0025] La vanne de coupure 128 permet d'isoler le circuit cathodique de l'air atmosphérique lorsque la pile est à l'arrêt. Cette vanne de coupure 128 peut indifféremment être placée en amont ou en aval du compresseur.
[0026] En outre, une électro vanne 129 est située en amont de la cathode, dans le circuit d'alimentation en gaz comburant. Cette électrovanne est destinée à permettre, de manière périodique et très courte, la mise à l'atmosphère du circuit d'alimentation, pendant une phase de fonctionnement normal de la pile. En effet, une ouverture de la vanne 129 dérive momentanément une grande partie de l'air, ou de l'oxygène, alimentant normalement la pile à combustible. Cette dérivation provoque alors une sous-alimentation temporaire, ou pénurie, en oxygène au niveau de la cathode de la pile à combustible. Cette pénurie courte d'oxygène permet d'inverser la réaction d'oxydation du platine à la cathode en une réaction de réduction, et ainsi de régénérer la cathode.
[0027] Comme indiqué précédemment, il est nécessaire que l'interruption de l'alimentation en gaz comburant, quel que soit le moyen de mise en œuvre, soit effectuée pendant une phase où la pile à combustible produit du courant. En effet, dans ce cas, le compresseur 125b est activé et envoie de l'air, ou de l'oxygène, dans le circuit d'alimentation 12b. Par conséquent, lors de l'ouverture de la vanne 129, l'air présent dans le circuit est à une pression telle qu'il s'échappera effectivement par l'ouverture.
[0028] La figure 2 montre les performances d'une pile à combustible comprenant 16 cellules, pendant une durée de 4h30. Cette figure comprend trois courbes, montrant respectivement le courant, la tension et la puissance moyenne des cellules de la pile. Pendant les deux premières heures, la pile à combustible fonctionne selon un procédé classique, ne mettant pas en œuvre la présente invention. A partir du temps T + 2 heures, un procédé selon l'invention est mis en œuvre.
[0029] On constate, pendant les deux premières heures de fonctionnement, une dégradation des performances de la pile à combustible, qui se traduit par une baisse progressive de la tension et de la puissance délivrée. [0030] A partir du temps T = 2 heures, la pile subit des pénuries régulières d'oxygène, qui se produisent toutes les cinq minutes. On constate alors, à chaque pénurie d'oxygène, une remontée immédiate de la puissance délivrée, pour atteindre un niveau quasi équivalent au niveau montré au temps T = 0.
[0031] Cette pénurie d'oxygène correspond à la mise en œuvre d'une des alternatives de l'invention, par exemple l'ouverture de l'électrovanne 129 apparaissant en figure 1. Cette ouverture est, par exemple, pilotée par le contrôleur de la pile à combustible, pour une durée prédéterminée, par exemple trois secondes. Ce pilotage est effectué par l'envoie d'un signal périodique, du contrôle vers l'électrovanne. L'ouverture de cette vanne, et la pénurie d'oxygène, créent une chute de tension brutale aux bornes de la pile à combustible. Ainsi, dans un autre exemple, la fermeture de l'électrovanne est commandée lorsque la tension aux bornes de la pile atteint un seuil prédéterminé, par exemple 500 mV.
[0032] On constate ainsi sur cette courbe que les pénuries d'oxygène régulières permettent de maintenir les performances quasiment au niveau initial, même après une heure de fonctionnement, alors que sans la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention, la pile voit ses performances se dégrader très rapidement.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de maintien des performances d'une pile à combustible (1) à membrane électrolyte polymère, la pile à combustible étant installée dans un système comprenant un circuit d'alimentation en gaz carburant reliant un réservoir de gaz carburant à l'anode de la pile à combustible, et un circuit d'alimentation en gaz comburant reliant un réservoir de gaz comburant, ou l'air atmosphérique à la cathode de la pile à combustible, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- on alimente la pile à combustible en gaz carburant et en gaz comburant,
lorsque la pile atteint un régime de fonctionnement où du courant est produit, on interrompt l'alimentation en gaz comburant à l'entrée de la pile à combustible côté cathode,
on reprend l'alimentation en gaz comburant après une durée déterminée et/ou lorsque la tension aux bornes de la pile à combustible atteint un niveau prédéterminé,
- on répète périodiquement les deux étapes précédentes tant que la pile à combustible est en fonctionnement.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on reprend l'alimentation en gaz après une interruption d'une durée de trois secondes.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on reprend l'alimentation en gaz lorsque la tension aux bornes de la pile à combustible devient inférieure à cinq cent millivolts.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la périodicité de répétition des étapes est fixée à cinq minutes.
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'étape d'interruption de l'alimentation en gaz comburant consiste en l'ouverture d'une vanne située en amont de la cathode de la pile à combustible et reliant le circuit d'alimentation en gaz comburant à l'air ambiant.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape d'interruption de l'alimentation en gaz comburant consiste en une interruption momentanée du fonctionnement d'un compresseur d'air situé dans le circuit d'alimentation en gaz comburant.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape d'interruption de l'alimentation en gaz comburant consiste en une fermeture d'une vanne située dans le circuit d'alimentation en gaz comburant.
8. Circuit gaz d'une pile à combustible (1) à membrane polymère échangeuse d'ions, comprenant : un circuit d'alimentation (11) en gaz carburant reliant un réservoir de gaz carburant à l'anode de la pile à combustible,
un circuit d'alimentation (12b) en gaz comburant reliant un réservoir de gaz comburant, ou l'air atmosphérique, à la cathode de la pile à combustible,
caractérisé en ce que le circuit comprend en outre des moyens, installés sur le circuit d'alimentation (12b) en gaz comburant, aptes à interrompre périodiquement et momentanément l'alimentation en oxygène à la cathode de la pile à combustible.
9. Circuit gaz selon la revendication 8, dans lequel les moyens aptes à créer une pénurie comprennent une électro vanne située en amont de la cathode sur le circuit d'alimentation en gaz comburant, et reliant ce circuit à l'air atmosphérique.
10. Circuit gaz selon la revendication 8, dans lequel les moyens aptes à créer une pénurie comprennent un compresseur situé entre une entrée d'air atmosphérique et la cathode.
11. Circuit gaz selon la revendication 8, dans lequel les moyens aptes à créer une pénurie comprennent une vanne située dans le circuit d'alimentation en gaz comburant.
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