Fraunhofer développe une technologie de diagnostic en temps réel pour les équipements hydrogène, prenant en charge les tests d'impédance dynamique jusqu'à 30 ampères

fr.wedoany.com Rapport : Le 10 septembre, l'Institut Fraunhofer de technologie de fabrication et de matériaux avancés (Fraunhofer IFAM) en Allemagne a annoncé que sa technologie de diagnostic par spectroscopie d'impédance dynamique a été étendue des mesures de laboratoire à des plages de courant proches de l'application réelle, permettant une analyse d'état en temps réel pendant le fonctionnement continu des électrolyseurs et des piles à combustible. Le système actuel peut superposer des signaux de test multifréquences à un courant de fonctionnement allant jusqu'à 30 ampères et calculer en temps réel les variations d'impédance, afin d'identifier la dégradation des performances des électrodes, des membranes, des interfaces de contact et des processus de transfert de masse, fournissant ainsi une base de données pour la surveillance de l'état des équipements et la maintenance prédictive.

Les tests de spectroscopie d'impédance traditionnels nécessitent généralement que l'équipement atteigne un régime stable, voire suspende son fonctionnement normal, ce qui rend difficile l'enregistrement complet des variations dynamiques des électrolyseurs et des piles à combustible dans des conditions de fluctuation des énergies renouvelables. La nouvelle méthode développée par Fraunhofer IFAM consiste à superposer des signaux de test multifréquences de faible amplitude au courant de fonctionnement normal de l'équipement, tout en enregistrant en continu les réponses en courant et en tension, puis à calculer l'impédance complexe en fonction de la fréquence. Différentes plages de fréquences peuvent correspondre respectivement aux réactions des électrodes, au passage des ions à travers la membrane, aux contacts électriques et à l'approvisionnement en réactifs, permettant ainsi de localiser plus précisément la baisse de performance globale de l'équipement jusqu'à des composants ou des étapes de fonctionnement spécifiques.

L'une des avancées clés de cette technologie est l'extension de la spectroscopie d'impédance dynamique de l'échelle précédente de laboratoire à des niveaux de courant plus élevés. Actuellement, les signaux de test peuvent être superposés à un courant de fonctionnement allant jusqu'à 30 ampères, tout en générant en temps réel les variations de spectroscopie d'impédance grâce au traitement des données en ligne. L'équipe de recherche indique que cela rend possible la mesure continue de systèmes électrochimiques de plus grande taille en cours de fonctionnement dynamique, et permet de combiner les résultats de mesure avec les variations de pression, de température ainsi qu'avec différents systèmes de matériaux pour analyse.

En matière d'identification des défauts, l'évolution de la spectroscopie d'impédance dans le temps peut être utilisée pour déterminer différents types de dégradation. Si une composante d'impédance spécifique augmente continuellement, cela peut correspondre à une détérioration de la réaction des électrodes, à la corrosion ou à une baisse de la qualité du contact électrique ; les variations des caractéristiques de phase peuvent quant à elles être davantage associées au vieillissement de la membrane, à des anomalies de gestion de l'eau ou à des limitations de transfert de masse. En suivant en continu ces paramètres, le système peut identifier des tendances anormales avant qu'une baisse de puissance significative ou un arrêt sur panne ne se produise, et planifier la maintenance en conséquence.

Fraunhofer IFAM prévoit de connecter directement ce système de diagnostic au système de contrôle des équipements ou au système de gestion de l'énergie des électrolyseurs et des piles à combustible. Les principales applications visées incluent actuellement les piles à combustible PEM et les électrolyseurs alcalins ; les opérateurs peuvent obtenir en continu des données sur l'état de santé de l'équipement et ajuster en conséquence les stratégies de charge, les cycles de maintenance ainsi que les paramètres de fonctionnement. L'équipe de recherche prévoit également de combiner les données d'impédance en temps réel avec des modèles d'intelligence artificielle, afin que le système de diagnostic puisse s'adapter aux variations des conditions externes telles que la température et la pression, ainsi qu'aux nouveaux matériaux d'électrodes et de membranes.

Cette technologie se situe actuellement encore au stade de l'extension des technologies de détection et de diagnostic vers des applications industrielles, et non dans le cadre d'un nouveau projet de production d'électrolyseurs ou de piles à combustible. Le nouveau jalon principal cette fois-ci est que la spectroscopie d'impédance dynamique a atteint la capacité de test en ligne dans des conditions de fonctionnement allant jusqu'à 30 ampères, et dispose d'une base technique pour l'intégration dans les systèmes de contrôle des équipements. Le réseau Fraunhofer poursuit également actuellement des recherches liées à la surveillance en temps réel des électrolyseurs, au diagnostic de dégradation des matériaux et à la maintenance prédictive, l'orientation industrielle étant axée sur la réduction des arrêts non planifiés et la prolongation de la durée de vie des équipements électrochimiques.