Validation expérimentale d'outils de modélisation d'une pile à combustible de type PEM

Experimental validation of modelling tools for a PEM fuel cell

• Auteur / Autrice : Mathieu Boillot
• Direction : François Lapicque
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Membranes échangeuses d'ions

Piles à combustible

Résumé

Cette thèse tente d'apporter une vision globale des phénomènes mis en jeu lors du fonctionnement d'une pile à combustible de type PEM. Une méthodologie originale a été développée pour appréhender et mesurer les principaux paramètres thermodynamiques, cinétiques et des phénomènes de transport. La détermination expérimentale de la distribution des temps de séjour et la simulation numérique ont permis de caractériser l'écoulement dans les plaques bipolaires. La cinétique des deux demi-réactions électrochimiques a ensuite pu être analysée par des expériences ciblées de dilution des gaz réactifs, et en tenant compte de la diffusion dans l'assemblage membrane-électrodes. Enfin, l'influence de l'humidité sur les performances électriques, ainsi que l'estimation de la résistance ohmique, ont été abordées

In this work, a global view of the phenomena occurring in a PEM fuel cell is given. An original methodology was developed in order to determine the main parameters : thermodynamics, kinetics and transport phenomena. The gas flow in bipolar plates was chracterised using experimental determination of residence time distributions and numerical simulations. Kinetics of both electrochemical reactions were analysed feeding the cell by diluted gases. In this part, the diffusion of reactants in the membrane electrodes assembly was taken into account. Finally, the relationship between humidity and electrical performance was investigated and the ohmic resistance of the cell was estimated