Etude numérique de la géstion de l'eau dans les piles à combustible de type PPEMFC

Abstract

Le travail présenté dans ce manuscrit, est consacré à la gestion de l’eau, en régime permanent dans une cellule de pile à combustible de type PEMFC. La partie bibliographique nous a permet de définir le fonctionnement d’un système électrochimique en fort développement : la pile à combustible PEMFC, qui semble être une solution très intéressante dans une politique énergétique soucieuse de l’environnement. Elles permettent la conversion, avec un rendement énergétique théorique très élevé, de l’énergie chimique des gaz consommés en énergie électrique sans dégagement des gaz à effet de serre. Par le biais du flux électro-osmotique, le flux d'eau dans la membrane est principalement dirige de l'anode vers la cathode aux fortes densités de courant, entrainant un assèchement de la membrane coté anodique si l'hydrogène n'est pas suffisamment humidifié. En revanche, aux faibles densités de courant, le flux diffusif assure un équilibre en eau et cela par un flux d'eau qui peut être dirigée de l'anode vers la cathode ou inversement suivant l'hydratation des gaz d'alimentation. On a pu mettre en evidence l’avantage d’humidification des gaz en entree de la pile, ce qui assure une bonne humidification de la membrane. Pour une humidité relative anodique faible, les densités de courant admissible pour le fonctionnement d’une pile sont limitées. Par contre si celle-ci est suffisament grand, on a la possibilité de travailler aux densités de courant plus importants. En perspective, nous souhaitons améliorer ce travail par une étude de transfert de charge et transfert thermique. Le modèle utilisé est simple, mais peut être amélioré par cette proposition : L’eau dans les couches de diffusion est à l’état vapeur, mais peut également s’y trouvée à l’état liquide. Il faut donc prendre en compte la condensation de l’eau dans les couches de diffusion Le modèle utilisé étant monodimensionnel, peut être amélioré en appliquant le modèle à plusieurs dimensions.