Pour répondre aux exigences élevées et aux conditions exigeantes du transport lourd, le projet s'appuie sur des combinaisons de matériaux innovantes et des technologies laser de dernière génération. Ainsi, HyCoFC aborde non seulement la durabilité dans la logistique, mais renforce également la position économique de l'Allemagne et crée des solutions d'avenir pour la transition énergétique.
Le transport lourd, en particulier le transport routier de marchandises, contribue de manière significative aux émissions mondiales de CO₂. En Europe, environ 30 % des émissions du secteur de la mobilité proviennent du transport routier de marchandises. À ce jour, les combustibles fossiles dominent, car les solutions à batteries électriques entraînent un poids supplémentaire énorme en raison des accumulateurs nécessaires, ce qui nuit à la charge utile potentielle. De plus, les exigences associées aux courants de charge et aux temps de charge représentent des contraintes significatives pour l'utilisation dans les applications de transport lourd. Les piles à hydrogène offrent une alternative prometteuse, car elles combinent une densité énergétique élevée avec un ravitaillement rapide.
Les piles à hydrogène pour le transport lourd doivent être particulièrement robustes et durables, car elles sont utilisées dans des conditions exigeantes. Les fluctuations de température, les contraintes mécaniques et les environnements corrosifs imposent des exigences élevées aux matériaux et à la fabrication des composants individuels. C'est là que le projet HyCoFC entre en jeu : la combinaison d'un film porteur métallique avec un film composite conducteur allie les avantages des deux matériaux. Les plaques bipolaires hybrides composites de grande taille offrent une bonne conductivité électrique, une stabilité mécanique et une excellente résistance à la corrosion - des caractéristiques essentielles pour le transport lourd. Ces plaques visent à améliorer la durée de vie des piles à hydrogène tout en réduisant les coûts de production.
De plus, la structure modulaire des piles à hydrogène permet une mise à l'échelle pour différents domaines d'application, des véhicules utilitaires aux navires et même aux applications stationnaires. « Cette polyvalence fait de la technologie un composant idéal pour la transition énergétique dans le secteur de la mobilité », explique Friederike Brackmann du département Assemblage et Séparation de l'Institut Fraunhofer pour la technologie laser ILT.
Science et industrie : Recherche conjointe
Le projet HyCoFC est financé dans le cadre du concours d'innovation « Energie.IN.NRW », qui fait partie du financement régional européen. La durée totale du projet s'étend du 15 juin 2024 au 14 juin 2027. Avec un volume total de financement d'environ 3 millions d'euros, le projet bénéficie d'une base financière solide qui permet aux partenaires de la science et de l'industrie de mener des travaux de recherche et développement approfondis. En plus de Fraunhofer ILT, Fraunhofer UMSICHT est impliqué du côté scientifique. Les entreprises industrielles sont le coordinateur de projet thyssenkrupp Steel ainsi que FEV, Schepers et Cleanlaser.
Le film porteur métallique est fabriqué par thyssenkrupp Steel avec un revêtement en chrome pour améliorer la résistance à la corrosion et les propriétés de liaison au film composite. Fraunhofer UMSICHT contrôle spécifiquement la conductivité électrique et thermique du film composite par le choix de matériaux spécifiques et le réglage fin de leur composition. Dans le cadre du projet, Fraunhofer ILT se consacre au développement de technologies laser pour la fabrication et la fonctionnalisation des plaques bipolaires hybrides composites. Friederike Brackmann s'occupe principalement des défis liés à l'assemblage, tandis que son collègue Tobias Erdmann du département Technologie de surface et Usinage du Fraunhofer ILT s'occupe de l'élimination sélective des éléments composites par rayonnement laser et de la caractérisation électrochimique finale du stack hybride. Avec différentes techniques laser, ils introduisent des microstructures dans les composants pour améliorer la liaison entre le composant métallique et le composant à base de polymère. De plus, ils développent des processus pour l'élimination de couches de matériaux, ce qui maximise la conductivité électrique des plaques bipolaires.
Dans le laboratoire d'hydrogène de Fraunhofer ILT, les chercheurs disposent d'une infrastructure entièrement équipée, spécialement conçue pour le développement pratique et l'optimisation des technologies de l'hydrogène. Sur une surface de 300 m², des installations d'essai laser de pointe et des bancs d'essai sont mis en place, permettant de tester et de développer à la fois des étapes de fabrication individuelles et des chaînes de processus complètes ainsi que des applications industrielles concrètes dans des conditions réalistes.
Brackmann teste ici par exemple comment les plaques bipolaires peuvent être soudées de manière étanche à l'hydrogène et reproductible par soudage laser. Erdmann examine comment la résistance de contact entre la plaque bipolaire et la couche de transport de gaz peut être optimisée. « Nous exposons le matériau de remplissage conducteur dans la zone de contact avec la couche de transport de gaz », explique le chercheur. « Contrairement aux procédés de meulage mécaniques, le rayonnement laser à impulsions ultracourtes peut éliminer sélectivement le plastique sans endommager le matériau de remplissage. »
Perspectives d'avenir pour un transport durable
Grâce à la combinaison de matériaux et de méthodes de production innovants, non seulement les exigences du transport lourd sont satisfaites, mais de nouvelles normes sont également établies dans la technologie des piles à hydrogène. Les plaques bipolaires hybrides composites développées offrent le potentiel d'accroître considérablement la durée de vie des piles à hydrogène et d'élargir leurs possibilités d'utilisation. Des véhicules lourds aux applications maritimes en passant par les systèmes stationnaires, le projet ouvre de nombreuses perspectives pour une fourniture d'énergie respectueuse du climat.
« Fraunhofer ILT joue un rôle central dans le développement de piles à hydrogène hybrides composites en fournissant des technologies de fabrication laser de pointe qui améliorent significativement l'efficacité et la durabilité de ces systèmes énergétiques innovants », explique Friederike Brackmann.
La collaboration étroite entre les partenaires du projet et le soutien des programmes de financement créent les bases d'une mise en œuvre réussie des résultats dans la pratique. « Un accent particulier dans HyCoFC est mis sur le développement de procédés qui permettent une production économiquement évolutive et rentable en grandes quantités », déclare Tobias Erdmann. « Nous nous appuyons sur le procédé rouleau à rouleau, qui garantit un traitement continu et de haute qualité des matériaux. C'est ce que nous voulons mettre en œuvre et tester ensuite. »
Partenaires du projet HyCoFC
- Fraunhofer ILT
L'institut de technologie laser apporte son expertise dans la fonctionnalisation et le traitement de surfaces ainsi que dans le soudage et le découpage laser précis. Cela comprend la structuration laser et l'optimisation des connexions entre matériaux métalliques et polymères. - Fraunhofer UMSICHT
L'institut développe le film composite conducteur. Fraunhofer UMSICHT contribue de manière significative à la recherche et à l'optimisation des matériaux. - thyssenkrupp Steel
Le coordinateur du projet produit le film porteur métallique, qui améliore la connexion au film composite grâce à un revêtement de surface spécial tout en offrant une grande résistance mécanique. - FEV
L'entreprise d'ingénierie soutient l'intégration et l'essai des piles à hydrogène dans diverses applications. - Schepers
Spécialisée dans la technologie de découpe, l'entreprise développe et fournit des outils de haute précision pour la fabrication des plaques bipolaires. - Cleanlaser
Le spin-off de Fraunhofer ILT apporte son expertise dans le nettoyage et la préparation de surfaces par laser pour créer des conditions optimales pour la liaison des matériaux.
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