À l'Institut Fraunhofer pour les machines-outils et les techniques de formage (IWU), des chercheurs développent des technologies de pointe pour la fabrication de moteurs à pile à combustible, afin de faciliter leur production en série rapide et économique. Dans un premier temps, les chercheurs de l'IWU se concentrent sur le cœur même de ces moteurs et travaillent sur des méthodes de fabrication de plaques bipolaires à partir de fines feuilles de métal. Lors du salon de Hanovre, l'Institut Fraunhofer IWU présentera ces travaux, ainsi que d'autres recherches prometteuses sur les moteurs à pile à combustible, avec la voiture de course Silberhummel.
Pour alimenter les moteurs électriques, les piles à combustible constituent une solution idéale pour compléter les batteries et accroître l'autonomie. Cependant, leur fabrication reste un processus coûteux, ce qui explique le nombre relativement faible de véhicules équipés de cette technologie sur le marché allemand. Les chercheurs de l'institut Fraunhofer IWU travaillent actuellement à une solution plus économique : « Nous adoptons une approche globale et prenons en compte tous les composants d'un moteur à pile à combustible. Cela commence par l'approvisionnement en hydrogène, influe sur le choix des matériaux directement impliqués dans la production d'électricité, et s'étend à la thermorégulation au sein même de la pile et du véhicule dans son ensemble », explique Sören Scheffler, chef de projet à l'institut Fraunhofer IWU de Chemnitz.
Dans un premier temps, les chercheurs se concentrent sur le cœur de tout moteur à pile à combustible : la « pile ». C’est là que l’énergie est générée dans un certain nombre de cellules empilées, composées de plaques bipolaires et de membranes électrolytiques.
« Nous étudions comment remplacer les plaques bipolaires en graphite classiques par de fines feuilles métalliques. Cela permettrait de fabriquer des piles rapidement et à moindre coût à grande échelle et d'accroître considérablement la productivité », explique Scheffler. Les chercheurs s'intéressent également à l'assurance qualité. Chaque composant des piles est inspecté directement lors du processus de fabrication. L'objectif est de garantir que seules les pièces ayant fait l'objet d'un contrôle rigoureux soient intégrées à la pile.
En parallèle, l'institut Fraunhofer IWU s'efforce d'améliorer la capacité des piles à combustible à s'adapter à l'environnement et aux conditions de conduite. Scheffler explique : « Notre hypothèse est que l'ajustement dynamique aux variables environnementales, également assisté par l'IA, peut contribuer à économiser l'hydrogène. L'utilisation d'un moteur par températures extérieures élevées ou basses, ou en plaine ou en montagne, a une incidence significative. Actuellement, les piles à combustible fonctionnent dans une plage de fonctionnement prédéfinie et fixe qui ne permet pas ce type d'optimisation en fonction de l'environnement. »
Les experts de l'institut Fraunhofer présenteront leur approche de recherche avec le Silberhummel, un prototype exposé au salon de Hanovre du 20 au 24 avril 2020. Le Silberhummel est inspiré d'une voiture de course conçue par Auto Union AG dans les années 1940. Les chercheurs de l'institut Fraunhofer IWU ont utilisé de nouvelles méthodes de fabrication pour reconstruire ce véhicule et créer un démonstrateur technologique moderne. Leur objectif est d'équiper le Silberhummel d'un moteur électrique basé sur une technologie de pile à combustible avancée. Cette technologie sera d'ailleurs présentée en projection numérique à l'intérieur du véhicule lors du salon de Hanovre.
La carrosserie du Silberhummel illustre parfaitement les solutions de fabrication et les procédés de formage innovants développés au Fraunhofer IWU. Ici, l'accent est mis sur la production économique de petites séries. Le panneau de carrosserie du Silberhummel n'a pas été formé à l'aide de grandes presses nécessitant des opérations complexes avec des outils en acier moulé. On a plutôt utilisé des moules négatifs en bois, un matériau facile à usiner. Une machine-outil conçue à cet effet a pressé le panneau de carrosserie sur le moule en bois, morceau par morceau, grâce à un mandrin spécial. Les experts appellent cette méthode « formage incrémental ». « Elle permet de créer beaucoup plus rapidement les composants souhaités qu'avec la méthode conventionnelle, qu'il s'agisse d'ailes, de capots ou même de panneaux latéraux de tramways. La fabrication conventionnelle des outils utilisés pour former les pièces de carrosserie, par exemple, peut prendre plusieurs mois. Pour nos essais, il nous a fallu moins d'une semaine, de la fabrication du moule en bois au panneau fini », explique Scheffler.
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Date de publication : 5 mai 2020