Soutenance de thèse de François Parache – Lundi 9 décembre 14h00 en salle C002 (salle des thèses) à l’ENSEEIHT

La soutenance de thèse de François Parache intitulée : « Méthodologie de suivi et de caractérisation du vieillissement d’électrolyseurs soumis à des courants variables » aura lieu le Lundi 9 décembre à 14h00 en salle C002 (salle des thèses) à l’ENSEEIHT.

Résumé:

Dans un contexte de pression environnementale grandissante, les sources d’énergies renouvelables connaissent enfin un fort développement dans l’espoir d’endiguer la production de gaz à effet de serre. Cependant, l’essor de ces sources intermittentes met en lumière une nouvelle problématique de stockage afin de maintenir une disponibilité énergétique adaptée à la demande. L’hydrogène comme vecteur énergétique « vert », produit par électrolyse, est l’une des options prédominantes.

Les électrolyseurs sont des composants réputés robustes. Leur durée de vie annoncée dépasse généralement les dizaines voire centaines de milliers d’heures dans des conditions optimales de courant, puissance et température constants. Cependant, ces conditions ne peuvent être garanties dans un fonctionnement couplé à des sources renouvelables via un convertisseur à découpage. Sans dispositif de filtrage, il apparait en effet des variations de courant de différentes formes et fréquences. Les travaux élaborés dans cette thèse visent à mettre en place une méthodologie de suivi et de caractérisation du vieillissement d’un électrolyseur soumis à ces variations.

Dans cette optique, deux campagnes d’endurance de 3000 heures ont tout d’abord été réalisées sur des électrolyseurs éducatifs de technologie PEM (Membrane échangeuse de proton) soumis à des ondulations de courant diverses. Elles ont permis de mettre en place un premier mode opératoire de suivi du vieillissement et d’analyse de ces composants, qui a par la suite été reproduit et enrichi lors d’essai sur un composant industriel de plus forte puissance. Cette démarche a été modifié de manière à être le plus adapté aux différentes conditions opératoires lors de nos essais, que ce soit le nombre de composant testé en simultané, le système de contrôle de la température, ou encore le circuit fluidique mis en place. Une partie de ces études s’appuie notamment sur une modélisation semi-empirique, paramétrée grâce à des caractérisations dans différentes conditions opératoires. Cela nous permet de normaliser nos données en fonction de la pression et de la température, mais aussi de distinguer les différentes pertes électrochimiques et leur évolution dans le temps.

L’ensemble de ces campagnes permettent de mettre en évidence un impact de certaines ondulations de courant sur le vieillissement des électrolyseurs de type PEM.

Abstract:

With the ambition to reduce greenhouse gas emissions and to stern climate change, renewable energy sources are expanding hastily. However, these sources are constrained by their availability and their intermittence and then cannot be used to provide steady energy whenever it is needed. Energy storage is, therefore, necessary to cope electrical network stability. Hydrogen produced by electrolysis is a promising option to solve these issues as a very efficient “green” energy vector.

Water electrolyzers are renowned as robust components. Their announced lifespan generally exceeds tens or even hundreds of thousands of hours under optimal conditions of constant current, power, and temperature. However, these conditions cannot be guaranteed in operation coupled with renewable sources with power converters. Without a filtering device, the switching operation of converters induces output current ripples of different forms and frequencies. The work developed in this thesis aims to set up a methodology for monitoring and characterizing the aging of an electrolyzer subjected to these variations.

In this regard, two endurance campaigns of 3000 hours were first carried out on educational PEM electrolyzers (Proton Exchange Membrane) supplied with various current ripples. They allowed us to establish an operating method for monitoring and analyzing the aging of these components, which was subsequently duplicated and enhanced during tests on a higher-power industrial component. This approach has been edited to be the most suitable for the different operating conditions during our tests, whether it is the number of components tested simultaneously, the temperature control system, or the fluidic circuit set up. Part of these studies is based on a semi-empirical model, parameterized thanks to characterizations in different operating conditions. This allows us to normalize our data according to pressure and temperature parameters, but also to distinguish the different electrochemical losses and their evolution over time.

The campaingns make it possible to evidence an impact of certain current ripples on the PEM electrolyzer’s ageing.