À l'Institut Fraunhofer de technologie des machines-outils et du moulage (IWU), les chercheurs développent des technologies avancées pour la fabrication de moteurs à pile à combustible afin de permettre une production de masse rapide et économique. À cette fin, les chercheurs de l'IWU se sont d'abord concentrés sur le cœur de ces moteurs et étudient des méthodes de fabrication de plaques bipolaires à partir de fines feuilles métalliques. À la Foire de Hanovre, l'IWU présentera ces travaux et d'autres activités de recherche prometteuses sur les moteurs à pile à combustible en collaboration avec Silberhummel Racing.
Pour alimenter les moteurs électriques, les piles à combustible constituent un complément idéal aux batteries afin d'augmenter l'autonomie. Cependant, la fabrication des piles à combustible reste coûteuse, si bien que très peu de modèles utilisant cette technologie sont encore disponibles sur le marché allemand. Les chercheurs du Fraunhofer IWU travaillent actuellement sur une solution plus économique : « Nous utilisons une approche holistique pour étudier tous les composants d'un moteur à pile à combustible. La première étape consiste à fournir de l'hydrogène, ce qui influence le choix des matériaux. Cet apport est directement impliqué dans la production d'électricité par pile à combustible et s'étend à la pile elle-même et à la régulation thermique de l'ensemble du véhicule », explique Sören Scheffler, chef de projet du Fraunhofer IWU à Chemnitz.
Dans un premier temps, les chercheurs se sont concentrés sur le cœur de tout moteur à pile à combustible : la « pile à combustible ». C'est là que l'énergie est produite dans de nombreuses batteries empilées, composées de plaques bipolaires et de membranes électrolytiques.
Scheffler a déclaré : « Nous étudions comment remplacer les plaques bipolaires en graphite traditionnelles par de fines feuilles métalliques. Cela permettra une production en série rapide et économique des empilements, et augmentera considérablement la productivité. » Les chercheurs sont également engagés dans l'assurance qualité. Chaque composant de l'empilement est contrôlé directement pendant le processus de fabrication, afin de garantir que seules les pièces entièrement inspectées puissent y être intégrées.
Parallèlement, l'université Fraunhofer IWU vise à améliorer la capacité d'adaptation de la cheminée à l'environnement et aux conditions de conduite. Scheffler explique : « Notre hypothèse est qu'avec l'aide de l'IA, l'ajustement dynamique des variables environnementales peut permettre d'économiser de l'hydrogène. Que le moteur soit utilisé à haute ou basse température, en plaine ou dans un environnement à haute température, la situation sera différente. Actuellement, la cheminée fonctionne dans une plage de fonctionnement fixe prédéterminée, ce qui ne permet pas une telle optimisation en fonction de l'environnement. »
Des experts du laboratoire Fraunhofer présenteront leurs méthodes de recherche à l'exposition Silberhummel, qui se tiendra à la Foire de Hanovre du 20 au 24 avril 2020. Silberhummel est basé sur une voiture de course conçue par Auto Union dans les années 1940. Les développeurs du Fraunhofer IWU ont utilisé de nouvelles méthodes de fabrication pour reconstruire le véhicule et créer des démonstrateurs technologiques modernes. Leur objectif est d'équiper Silberhummel d'un moteur électrique basé sur une technologie avancée de pile à combustible. Cette technologie a été projetée numériquement à la Foire de Hanovre.
La carrosserie Silberhummel elle-même est un exemple de solutions de fabrication et de procédés de moulage innovants, perfectionnés par Fraunhofer IWU. Cependant, l'accent est mis sur une production à faible coût en petites séries. Les panneaux de carrosserie Silberhummel ne sont pas formés par de grandes machines d'emboutissage, qui nécessitent des opérations complexes avec des outils en acier moulé. On utilise plutôt un moule femelle en bois facile à usiner. Une machine-outil conçue à cet effet utilise un mandrin spécial pour presser progressivement le panneau de carrosserie sur le moule en bois. Les experts appellent cette méthode « façonnage incrémental ». « Par rapport à la méthode traditionnelle, qu'il s'agisse d'ailes, de capots ou de flancs de tramway, cette méthode permet de produire les pièces requises plus rapidement. Par exemple, la fabrication conventionnelle d'outils pour la fabrication de pièces de carrosserie peut prendre plusieurs mois. Il nous faut moins d'une semaine entre la fabrication du moule en bois et les tests du panneau fini », explique Scheffler.
Date de publication : 24 septembre 2020