À l'Institut Fraunhofer pour les machines-outils et les technologies de formage (IWU), des chercheurs développent une technologie de pointe pour la fabrication de moteurs à pile à combustible afin de faciliter leur production en série, rapide et économique. Pour ce faire, ils se concentrent dans un premier temps directement sur le cœur de ces moteurs et travaillent sur la fabrication de plaques bipolaires à partir de fines feuilles métalliques. À la Foire de Hanovre, le Fraunhofer IWU présentera ces travaux et d'autres activités de recherche prometteuses sur les moteurs à pile à combustible, avec la voiture de course Silberhummel.
Pour alimenter les moteurs électriques en énergie, les piles à combustible constituent un complément idéal aux batteries afin d'augmenter l'autonomie. Cependant, leur fabrication reste coûteuse, si bien que les modèles de véhicules équipés de cette technologie de propulsion sont encore relativement peu nombreux sur le marché allemand. Les chercheurs du Fraunhofer IWU travaillent désormais sur une solution plus économique : « Nous adoptons une approche globale et examinons tous les composants d'un moteur à pile à combustible. Cela commence par l'approvisionnement en hydrogène, influence le choix des matériaux directement impliqués dans la production d'électricité dans les piles à combustible et s'étend à la thermorégulation de la pile elle-même et du véhicule dans son ensemble », explique Sören Scheffler, chef de projet au 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 ensemble de cellules empilées, composées de plaques bipolaires et de membranes électrolytiques.
« Nous étudions comment remplacer les plaques bipolaires en graphite conventionnelles par de fines feuilles métalliques. Cela permettrait de fabriquer des piles rapidement et économiquement à grande échelle et d'augmenter considérablement la productivité », explique Scheffler. Les chercheurs se concentrent également sur l'assurance qualité. Chaque composant des piles est inspecté directement lors du processus de fabrication. Cela vise à garantir que seules les pièces entièrement examinées sont intégrées à la pile.
Parallèlement, le Fraunhofer IWU vise à 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'adaptation dynamique aux variables environnementales, également facilitée par l'IA, peut contribuer à économiser l'hydrogène. L'utilisation d'un moteur à des températures extérieures élevées ou basses, en plaine ou en montagne, est déterminante. 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 Fraunhofer présenteront leur approche de recherche avec leur exposition Silberhummel à la Foire de Hanovre du 20 au 24 avril 2020. La Silberhummel est basée sur une voiture de course conçue par Auto Union AG dans les années 1940. Les développeurs de Fraunhofer IWU ont utilisé de nouvelles méthodes de fabrication pour reconstruire ce véhicule et créer un démonstrateur technologique moderne. Leur objectif est d'équiper la Silberhummel d'un moteur électrique basé sur une technologie avancée de pile à combustible. Cette technologie sera d'ores et déjà projetée numériquement dans le véhicule à la Foire de Hanovre.
La carrosserie Silberhummel elle-même illustre parfaitement les solutions de fabrication et les procédés de formage innovants perfectionnés à l'IWU Fraunhofer. L'accent est mis ici sur la production rentable de petites séries. Le panneau de carrosserie de la Silberhummel n'a pas été formé avec de grandes presses nécessitant des opérations complexes avec des outils en acier moulé. Des moules négatifs en bois facilement usinables ont été utilisés. Une machine-outil spécialement conçue à cet effet a pressé le panneau de carrosserie sur le moule en bois, pièce par pièce, à l'aide d'un mandrin spécial. Les experts appellent cette méthode « formage incrémental ». « Elle permet de créer les composants souhaités beaucoup plus rapidement qu'avec la méthode conventionnelle, qu'il s'agisse d'ailes, de capots ou même de sections latérales de tramways. La fabrication conventionnelle des outils utilisés pour former des pièces de carrosserie, par exemple, peut prendre plusieurs mois. Nos tests ont duré un peu 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