Analyse des transferts d'eau dans les micropiles à combustible

Analysis of water transfers in micro fuel cells

• Auteur / Autrice : Cécile Gondrand
• Direction : Marc Prat, Michel Quintard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Énergétique et transfert
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT

Mots clés

Mots clés contrôlés

Piles à combustible

Surfaces (technologie) -- Analyse

Écoulement diphasique

Matériaux poreux

Mots clés libres

Détection de l'eau

Résumé

Le problème de la gestion de l'eau est primordial dans les micropiles à combustible. Dans cet objectif, la caractérisation morphologique et hydraulique de la cathode poreuse a été effectuée. Des expériences d'absorption (de neutrons et de rayons X) et de diffusion de rayons X aux petits angles ont été réalisées afin d'analyser le comportement de l'eau dans la pile. La mouillabilité de la surface de la pile a été modifiée : un dépôt hydrophobe retarde le noyage et permet d'améliorer les performances dans la plupart des cas de fonctionnement. Un modèle d'écoulements diphasique transitoire dans la cathode poreuse, dont les conditions aux limites sont couplées à un modèle de gouttes a été développé et résolu à l'aide de Comsol. Il nous a permis de retrouver les grandes tendances de fonctionnement de la pile, à savoir l'influence notable de l'intensité sur l'élévation de température et de l'humidité relative et de la mouillabilité de surface sur le noyage.

The problem of water management is crucial in micro fuel cells. Structure and hydraulic characterization of the porous cathode has been carried out in that objective. Absorption (X-rays and neutrons) and SAXS experiments have been done in order to analyse water behaviour within the cell. The wettability of the fuel cell's surface has been modified with the goal of improving the performance. A hydrophobic deposit delays the flooding of the cell, whereas a hydrophilic deposit deteriorates the performance. A model of two phase and transient flow in the porous cathode, with the boundary conditions coupled with a droplet model has been developed and solved with Comsol. We were able to simulate the working tendencies of the cell, that is to say the notable influecne of the intensity on the temperature elevation and the relative humidity and surface wettability on the flooding.