Micro-ingénierie, microfabrication et MEMS

Micropiles à combustible

Chercheur

Luc Fréchette

Intérêt et problématique

Afin de satisfaire les besoins énergétiques grandissant de notre société tout en respectant l'environnement, il y a un effort marqué pour développer des sources d'énergie alternatives aux hydrocarbures. Les piles à combustible ("fuel cells") permettent de générer de l'électricité à partir d'hydrogène et d'oxygène, ne rejetant que de l'eau dans l'atmosphère. L'usage répandu de piles à combustible est toutefois limité par leurs coûts élevés, leur durabilité, leurs contraintes d'opération et la distribution d'hydrogène. Afin de réduire la quantité de métaux précieux requis, d'améliorer la stabilité de leurs micro et nanostructures, et permettre leur opération indépendamment des conditions environnantes, de nouvelles techniques de fabrication seront requises, ainsi qu'une meilleure compréhension des phénomènes physiques impliqués. Nous proposons l'utilisation des microtechnologies et de la nanofabrication afin de permettre une percée des piles à combustible dans le marché.

Objectifs

Ce volet de recherche propose de développer des micropiles à combustible à base de membrane polymérique en utilisant les techniques de microfabrication. Cette approche permettra en premier lieu de caractériser et modéliser les phénomènes électrochimiques et le transfert de masse et de chaleur pour des structures bien définies. La microfabrication permettra aussi de créer des microstructures optimisées pour les piles à combustible, comparé aux couches de tissu et de papier présentement utilisées. Les objectifs sont: 1) de mieux définir le transport d'eau et d'oxygène dans les couches minces formant les piles à combustible; 2) développer un système complet de génération de puissance miniature à base de micropiles à combustible.

Projets de recherche en cours et envisagés

Micropile.
Micropile.
  • Microfabrication, caractérisation, et optimisation des microstructures dans les piles à combustible: Utiliser les techniques de microfabrication pour développer les composantes centrales des piles à combustible avec membrane polymériques (PEMFC). Optimiser les microstructures afin de maximiser le transport d'oxygène et contrôler le degré d'humidité de la membrane. Développer des techniques de microfabrication afin de faciliter la réalisation de ces microstructures.
  • Études des écoulements et du transfert masse dans les piles à combustible de type microfabriquées: Comprendre les phénomènes qui limitent la performance en modélisant le transfert de masse dans des structures parfaitement définies, qui peuvent être réalisées par les techniques de microfabrication. Établir des règles de conception des microstructures et de leur assemblage pour les piles à convection naturelles et forcées.
  • Développement d'un microsystème intégré: Concevoir, assembler, et démontrer une source de puissance à base de micropiles pour appareils électroniques portatifs, utilisant des composantes microfabriquées et traditionnelles.

Renseignements